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一体化臭氧-曝气生物滤池是将臭氧高级氧化与BAF生物处理有机结合起来的一种新型水处理工艺。它实现了在同一个反应器内部完成臭氧氧化和生物氧化的协同作用，节省了占地面积，简化了操作流程，更便于管理维护。本研究首先选取难生物降解的聚乙烯醇（PVA）为特征污染物，考察了进水污染物浓度、臭氧投加量以及水力负荷等因素对一体化臭氧-BAF处理含PVA废水效果的影响，结果表明：该系统对废水处理效果理想的COD限值为250mg/L，合适的臭氧投加量为60mg/L，最佳水力负荷为0.40.5m3/（m2·h）。另外，通过对反应器不同高度陶粒表面的扫描电镜分析结果可以推断曝气生物滤池对废水中污染物的截留作用，主要依靠反应器前段填料完成。经过对该工艺运行参数的优化后，废水BOD/COD值可由0.095提升至0.59，可生化性得到了极大提高。出水PVA含量下降至8mg/L，COD也降低至90mg/L左右，二者去除率分别达到了93.59%和64.29%。本课题的开展为一体化工艺在含PVA废水处理领域的拓展提供了理论基础和技术指导。本研究分别通过脂磷法和TTC-脱氢酶还原法对一体化臭氧-曝气生物滤池内微生物量和生物活性进行综合分析，发现在距离进水口较近的区域（取样高度≤1.2m）微生物量极少且生物活性极低，系统对污染物的去除以臭氧氧化作用为主，可以定义为臭氧氧化区；在滤池中部1.5m附近及以上，生物生长量大，活性较高，可定义为生物氧化区。向进水中添加氨氮时，随着氨氮浓度的提升，各处理段对氨氮的去除率均呈现下降趋势，系统较理想的氨氮负荷范围为0.17-0.25kg/（m3·d），此时的氨氮去除率可稳定在60%以上。反应器内NO—2N浓度在2.4m至3.0m处最大，且当进水氨氮浓度大于100mg/L时，在3.0m处发生了一定的累积。而不同进水氨氮浓度条件下，反应器内NO—3N总体呈现先增后减的变化趋势。当进水中氨氮浓度大于100mg/L时，NO—3N含量停止增长。氨氮的投加对系统COD去除效果影响较大，当氨氮浓度≤60mg/L时，出水平均COD去除率仍维持在60%以上；但当氨氮浓度≥120mg/L时，系统COD去除率骤降至35%左右。本研究还发现在初始pH值为9.0、H2O2投加量满足m（H2O2）：m（O3）=1时，H2O2/O3体系处理含PVA、氨氮废水效果良好，COD、PVA和氨氮的去除率分别达到90.42%、86.61%和50%，较O3单独氧化时，三者去除率分别提升了15.42%、15.11%和9%。向一体化系统进水中投加相当比例的H2O2并适当调整初始pH值后，COD去除率在反应器01.2m的臭氧氧化段内升高了约10.7%，总去除率约提升了8.1%；而系统对PVA去除率的提升主要体现在臭氧氧化段，约提升了6%左右；系统对氨氮的去除率较之前约提高了约5.2%。分别采用活性炭和MnO2催化臭氧氧化处理低浓度氨氮废水，并对比两种催化剂的催化效果。结果表明：在氨氮初始浓度为50mg/L、反应初始pH=11、臭氧投加量为15mg/min、催化剂投量为15g/L的操作条件下，反应150min后，废水中氨氮浓度可降低至2mg/L，去除率达到了95%以上。其中，活性炭重复使用5次以下，仍具有较好的去除效果。而对于同种材质的活性炭，粒径减小，其对氨氮的脱除效果越好。对于氨氮的去除，同时存在活性炭物理吸附作用和催化氧化作用。比较两种催化方法，活性炭适用的pH范围更广；在各自最佳操作条件下氨氮去除效果相当，因此可根据处理成本等因素选择催化剂的使用。