为实现城市污水曝气生物滤池（Biological Aerated Filter,BAF）处理工艺的高效除碳和脱氮,课题组基于对生物处理过程不同功能微生物的分区强化,提出了上向流陶粒滤料三级BAF除碳脱氮工艺。通过小试,研究了该工艺的除碳脱氮效能和运行参数优化,并与单级和二级BAF工艺进行了比较。首先以单级BAF作为参比对象,利用实际生活污水开展试验研究。通过控制进水负荷,分别考查了COD和NH₄⁺-N的去除效果。结果表明,当采用较高的进水负荷（≈2.81kgCOD/m³·d）时,可实现出水COD达一级A标准,但NH₄⁺-N超标;当采用较低的进水负荷（≈1.33kgCOD/m³·d）时,可实现COD和NH₄⁺-N同时达标。COD的去除主要发生在滤柱的底部,而NH₄⁺-N的去除主要发生在中上部。在单级BAF滤柱内,由于异养菌和硝化菌要求的最佳环境条件很难同时满足,且反冲洗过程对两者的影响差异较大,因此很难同时实现对COD和NH₄⁺-N的高效去除,且出水水质波动较大。为实现高效除碳和硝化,采用了二级BAF,在总HRT和总曝气量与一级BAF相同的条件下,通过控制进水负荷、气水比和反冲洗方式,在第一和第二级BAF中分别创造适合异养菌和硝化菌的环境条件,研究了COD和NH₄⁺-N的去除效果。结果表明,即使采用更高的进水负荷（>3kgCOD/m³·d）,一级BAF仍可高效去除COD,（一级出水COD≈50mg/L）,二级BAF可高效去除NH₄⁺-N。最终出水COD<50mg/L,NH₄⁺-N<5mg/L。此时,第一级BAF的反冲洗周期为1d,而第二级的反冲洗周期延长为5⁷d。第二级BAF的硝化菌活性比第一级BAF硝化区微生物活性明细提高。为实现TN达标,在二级BAF之后,增加了反硝化功能的第三级BAF。研究了进水负荷、硝化液回流、水温等工况条件下的三级BAF工艺的处理效能。结果表明,水温对工艺脱氮影响较大,水温高于23℃时,无须内回流和补充碱度,即可实现出水COD、NH₄⁺-N和TN稳定达到一级A标准;当水温为8²3℃时,通过降低进水负荷和采用内回流,可实现出水COD、NH₄⁺-N和TN稳定达到一级A标准。