石油化工废水种类繁多，组成复杂，毒性大，抑制生物降解和浓度高，主要特性如下：
1、 水量大、水质复杂和变化大
石油化工生产规模趋向于大型化，生产过程中需加入各种溶剂、助剂和添加剂，再经过各种反应。因此，污水水量大，成份相当复杂。
2、有机污染较严重
石油化工污水所含的有机物主要是烃类及其衍生物。某些石化装置排出的高浓度的废液经过焚烧或其他适当方法处理后，COD仍然较高。
3、污水中含有重金属
由于石化生产许多反应是在催化剂作用下完成的，一个大型石油化工厂使用的催化剂可达数十种，因此，污水中往往含有重金属。
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