曝气生物滤池作为一种优良的污水处理工艺，具有较好的脱碳、脱氮性能。为提高其运行效率，国内外学者做了大量的实验、模拟及工程研究，但对于池内流场形态的实验及理论分析较少，整体宏观流场的数值模拟不能很好的解释反应器内氧传质机理，缺乏污泥形态与脱氮效能相互关系的研究。为此，本课题通过对颗粒间小尺度下流场形态的数值模拟来探究氧传质机理；搭建实验进行同步硝化反硝化脱氮性能研究，分析不同运行条件下的去除效果；观察不同溶解氧环境下污泥形态的差异，并对污泥进行干燥和灼烧处理，分析不同形态的污泥内有机质含量。使用Fluent软件，选择Eulerian模型及标准k双方程湍流模型对曝气生物滤池颗粒间小尺度下流场形态进行气液两相流模拟。选择颗粒粒径及颗粒间空隙两个参数，分析不同参数下流场的流线、速度矢量、压力分布及湍流强度的变化。通过流场形态分析得出颗粒粒径为3mm、颗粒间空隙为0.5mm时的流场形态最有利于反应器内气液混合及氧传质过程进行。为验证滤料粒径对池内流场形态数值模拟结果的正确性，对比相同运行条件下3种不同粒径的挂膜速度，发现粒径为3mm时挂膜速度最快，与模拟结果一致。在挂膜启动实验中，COD和NH4+-N去除效果的趋势趋于一致，去除率都是先持续上升，后保持稳定。曝气生物滤池脱碳、脱氮效能与运行参数有密切关系。随着水力停留时间的延长，COD、NH4+-N及TN的出口浓度逐渐降低。气水比主要通过溶解氧浓度影响系统运行效能，过小或过大都不能达到最好的去除效果。对比分析反应器底部及中间污泥形态及有机质含量，发现污泥形态及有机物含量与溶解氧含量及反应过程有很大关系。