以前置反硝化生物滤池的反硝化段(DN)为研究对象，通过小试试验与数学模型研究水质和水头损失的动态变化和空间分布以及生物膜降解作用对其的影响。首先建立反硝化生物滤池污染物去除模型，包括非稳态一维对流-扩散-反应方程与生物膜扩散-反应方程，并根据反硝化滤池内产生氮气的特点修正Cadle孔隙率变化模型，以孔隙率作为连接点将清洁滤层水头损失变化模型与反硝化生物滤池污染物去除模型联系起来，得到反硝化生物滤池水头损失模型。其次建立一套上向流反硝化生物滤池小试装置，测量其液龄分布曲线，证明滤池装置十分接近活塞流反应器。在挂膜运行稳定后，设计水头为90cm时滤池可连续运行12h，研究运行周期内出水NO3--N、NH4+-N、COD浓度及水头损失随时间的变化规律，以及某时刻水质与水头损失沿滤柱高度的空间分布。DNBF水头损失增长与污染物去除过程和生物量增长规律具有一定的相关性，随着NH4+-N、NO3--N和COD的去除，生物膜快速生长，同时反硝化产生的氮气气泡积累，导致滤层孔隙率迅速减小，造成水头损失急剧增加。最后基于MATLAB平台对所建立的反硝化生物滤池去污特性与水头损失增长模型进行模拟，该程序可一定程度上较好地模拟反硝化生物滤池对合成污水的处理效果，模拟结果的相对误差小于18%。研究了三个运行参数：进水硝氮浓度、水力负荷、滤料粒径，对处理效果的影响。出水硝氮浓度随进水硝氮浓度的升高而增大，而出水氨氮及COD浓度随之减小，水头损失随之增大；出水硝氮、氨氮、COD浓度及水头损失随水力负荷的增大而升高；滤料粒径减小时出水硝氮、氨氮及COD浓度随之减小，而水头损失随之急剧增大。