为实现低碳氮比城市污水的高效脱氮,针对底部一次曝气的曝气生物滤池（Biological Aerated Filter, BAF）单元进行了改造,提出了二次曝气模式,以期通过优化滤料层溶解氧分布,改善降解有机物和氨氮的环境条件,促进硝化,抑制碳源消耗,为后续反硝化单元保留碳源。本论文首先以一次曝气BAF作为参比,开展了工艺优化研究。包括:挂膜启动、曝气量、污染物的沿程去除规律、抗污染物负荷冲击能力以及反冲洗,得到了最佳曝气量,确定了需要补充供氧的滤料层位置,为后面二次曝气BAF试验提供了参考依据。针对二次曝气BAF,在总气量与一次曝气BAF等同的条件下,调整两个曝气点的气量分配,研究了污染物的去除效果、DO的沿程分布、污染物的沿程去除规律、抗污染物负荷冲击能力以及反冲洗;并与一次曝气BAF工艺进行对比研究。一次曝气BAF研究的试验结果表明,最佳气水比范围为4:1⁶:1。当气水比为4:1左右时,一次曝气BAF对COD、NH₄⁺_-N和TN的去除率分别为72.67%、71.92%和44.97%;气水比大于6:1时,COD和NH₄⁺_-N的去除率有较大提高,但TN去除效果下降,且曝气动力耗费增加。反应器对COD的主要去除区域在0²25cm段;NH₄⁺_-N的主要降解区域在175⁴10cm段,因此为提高两区交界处的DO浓度,确定在180cm处设置二级曝气组件。二次曝气BAF对一次曝气BAF工艺进行了优化。结果表明,在总气水比相等的条件下,二次曝气通过改变常规曝气BAF中DO分布,显著提高NH₄⁺_-N去除效果,适度降低了COD去除效果,为后续反硝化工艺保留碳源。在气水比分别为4:1,3:1+1:1和2:1+2:1条件下,COD平均去除率分别为68%、71%和58%;NH₄⁺_-N平均去除率分别为74.76%,94.04%,87.94%;TN平均去除率分别为41.31%,36.34%,44.49%。二次曝气BAF提高了反应器抗容积负荷冲击的能力,气水比为6:1,4:1+2:1,3:1+3:1时,COD去除率分别为75.68%、76.90%和73.52%;NH₄⁺_-N去除率分别为43.48%、51.64%和54.56%。但是,二次曝气BAF加快了滤池内水头损失,缩短了反冲洗周期。针对这一问题,建议对反应器添加内回流,增强滤池中下部气水冲刷作用以及加速难降解有机物的降解。