在国家自然科学基金重点项目的资助下，采用臭氧—生物活性炭工艺在西安市北石桥污水净化中心进行了以污水再生回用为目的的城市污水深度处理中试实验，系统的研究了生物活性炭床生物特性及其对污染物降解的机理，并初步建立了生物活性炭的生物降解动力学模型。运用PCR-DGGE、脂磷法及传统的细菌培养法等微生物技术，研究了生物活性炭床内的生态体系和生物量的变化趋势及其影响因素。研究结果表明在生物活性炭床中大量存在的菌种共有16种，其中好氧菌处于优势菌的地位，在生态系统稳定后，系统中具有原生动物和后生动物，这都说明在生物活性炭床内具有丰富而稳定的生态系统，而系统内生物量沿炭层深度，从上到下逐渐减少，影响其变化的主要因素有温度和溶解氧。通过长期试验，分析计算了生物活性炭床内的氨氮、硝酸氮和亚硝酸氮的变化特征。结果表明在活性炭吸附和微生物降解的共同作用下，随生物活性炭床进水深度的增加，氨氮值逐渐下降，亚硝氮保持相对很低的水平，而硝氮值逐渐上升，其中微生物代谢消耗掉的氮元素量沿炭层深度增加的幅度也逐渐减少，与此同时，沿炭层深度的增加，微生物自身呼吸作用消耗掉的溶解氧也逐渐减少。这说明沿炭层深度的增加，微生物新陈代谢活动的剧烈程度在减弱，微生物在不断减少。以微生物增殖动力学的基本方程-莫诺方程为出发点，通过分析比较具有同源性微生物的生物陶粒滤床的有机物生物降解规律，建立了生物活性炭床的有机物生物降解动力学方程，得出了臭氧生物活性炭床符合高基质有机物降解动力学模型，即有机物降解呈一级反应动力学方程。以此方程为基础，分析计算了生物活性炭床沿炭床深度的吸附性能。在生物活性炭床中，随生物功能的减弱，有机物的吸附能力逐渐加强。