水体污染是我国面临的重要环境问题,随着经济的发展和人们生活水平的持续提高,污染日益严重的水源水和人们对污水处理要求的不断提高之间的矛盾也日益明显。曝气生物滤池作为一种生物膜和活性污泥双重作用的生物反应器,在城市污水二级处理中有较好的应用前景。本文对曝气生物滤池进行全方位的研究,首先研究的是滤料选择评价,针对现有市场上各类不同的陶粒,分析研究10种不同陶粒滤料的结构特性参数包括比表面积、孔容积、联通率以及表面特征参数及机械性能参数等,以及吸附特性参数碘吸附参数、亚甲基蓝吸附参数和单宁酸吸附参数,并根据吸附参数研发出新的特性参数:单位吸水率及生物相容性用来反映陶粒在实际应用过程的参数,此两种参数有着较好的适应性并对进行平行试验有着很好的可重复性。通过实际废水研究不同性能的陶粒对废水各项指标的处理效果,通过单项指标的评价,指出孔容积、2-50nm的孔容积、单位吸水率与处理效果都有较好的相关性,进而建立针对处理城市污水用陶粒滤料的综合性能评价值(SICE值),它可以作为陶粒选择、评价依据,为推进我国BAF滤料标准的制定和BAF工艺技术的规范化发展提供指导。在太平污水厂建立中试研究模型,摸索曝气生物滤池在实际应用中的运行参数等,首先确定了曝气生物滤池的流态方式,不同启动方式对反应器的影响,指出采用人工投菌的方式无论在启动时间还是在后续的运行效果上都优于自然富集培养以及活性污泥启动。随后对反应器沿程高度的各项指标去除情况,指出不同高度位置对BOD5、氨氮、总氮、总磷的去除量是不同的。通过调整不同运行参数,摸索进水水力负荷和气水比及温度等关键控制因素对去除效果的影响,指出在气水比为6:1,上升流速为3.0m/s时,处理效果最好,通过摸索适合中国实际情况的曝气生物滤池设计参数,为其应用建立坚实的理论指导及相关标准,最后研究了反冲洗对整个系统运行带来的影响,当运行时间为20日时需要进行反冲洗、反冲洗强度为气反冲10 L/(m~2·s),水反冲强度为4 L/(m~2·s)时、反冲洗时间为15min时,系统恢复快、效果好。微生物作为BAF系统的重要组成部分,其功能及活性影响着曝气生物滤池的处理效果。本文研究了生物膜的形成机理,指出截留、吸附等因素与生物膜的形成息息相关,同时研究了不同时间段微生物种群特征,指出投加菌剂后土著微生物与外加微生物的演替规律,同时分析了曝气生物滤池微生物群落多样性及活性,解析不同高度的微生物群落结构解变化,结合不同高度去除污染物的情况,探讨不同类型微生物在系统内存在的位置,为曝气生物滤池的设计及稳定高效运行提供微生物方面的依据。最后根据上述研究成果,有针对性的对陶粒进行改性,研发出适宜去除水中SS及胶体物质的涂铁改性陶粒,此种陶粒通过对原有陶粒表面进行化学沉积改性,使其表面积及表面Zeta电位及pH值发生改变,该种陶粒对水中悬浮物及胶体有很好的去除效果。同时还通过增加生物活性物质及改变原料的成分配比,调整烧成制度,研制更适于微生物生长的生物促进陶粒,此种陶粒能够促进微生物生长繁殖,使原本生态位较窄不易繁殖的好氧反硝化菌和反硝化除磷菌得以迅速的生长繁殖。并结合此两种新型填料研发更适宜实际工程使用的改良型工艺:两段式曝气生物滤池,它采用两段式进水,第一阶段利用涂铁/铝改性陶粒迅速去除水中SS及COD,第二阶段利用生物促进陶粒,可以更好的去除水中的总氮和总磷;该工艺能够达到城市污水厂一级B要求,是一种有着广泛应用前景的BAF工艺。