随着我国城市化发展的加速,许多污水处理厂需要建于城市内部。目前我国建设的城市污水处理厂多采用活性污泥工艺,由于其占地面积过大,且运行时有臭味发出,因此对于建于城市内的污水处理厂,该工艺还存在着一些问题。而且大多城市对于位于市内的污水处理厂要求其出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中的一级A出水标准,一般的活性污泥法工艺无法达到此要求。　　煤矸石-粉煤灰滤料前置反硝化曝气生物滤池(BAF)工艺是结合了A/O生物处理工艺与曝气生物滤池工艺二者的优点,并应用煤矸石-粉煤灰陶粒作为滤池滤料设计而成的新型工艺。它既具有曝气生物滤池工艺占地面积小、管理方便、出水水质好、无臭味等特点,又具有A/O工艺对总氮高效去除的特点。本文对该工艺处理城市污水的特性进行了深入研究。首先进行了煤矸石-粉煤灰滤料的制备研究,实验结果表明,煤矸石-粉煤灰滤料在物理性能上和经济效益上都具有明显优势;之后利用该滤料进行反应器实验,通过反应器实验研究该工艺中污染物去除的影响因素、生物膜特性和反冲洗污泥特性等;并进行流体及底物去除动力学模型的建立和实际工程的应用研究。　　本论文以固体废弃物煤矸石和粉煤灰为原料,烧制新型滤料来取代粘土-粉煤灰陶粒作为曝气生物滤池的生物滤料。主要研究了烧制温度、恒温时间和原料配比对滤料比表面积、盐酸可溶率及破碎率和磨损率之和的影响,通过正交实验确定了最佳制备条件。并对滤料的粒径、比表面积、盐酸可溶型等各项物理性能进行了表征;对滤料进行了扫描电镜观察;并分析了滤料烧制过程中所发生的化学反应与孔隙形成机理;通过对煤矸石-粉煤灰滤料和粘土滤料相对比发现,以粉煤灰和煤矸石为原料生产滤料具有更好的经济、社会和环境效益。　　通过反应器实验对煤矸石-粉煤灰滤料前置反硝化BAF的启动方法和启动阶段污染物的去除特性进行了研究。采用先间歇进水后连续进水,连续进水时采用逐渐增加流量和回流比的方法启动反应器;经过30d的培养,出水各项指标趋于稳定,系统启动完成。并系统研究了该工艺的主要运行参数——溶解氧、回流比、厌氧/好氧容积比、反冲洗等对该工艺污染物去除效能的影响。实验结果表明,滤料层上部污水溶解氧控制在3.0～3.5mg/L、回流比控制在130％、厌氧/好氧容积比控制在1:1.5时,系统对污染物的去除效果达到最佳。反应器的反冲洗周期为5d(厌氧生物滤池)和10d(好氧生物滤池);反冲洗对厌氧和好氧生物滤池都具有较大影响,但在短时间内基本可恢复到反冲洗前水平。　　对滤料上的生物膜量、生物相、滤料挂膜的微观结构等进行了分析。并对滤池的反冲洗污泥特性进行了研究,发现滤池的反冲洗污泥对氨氮有一定的去除作用。对好氧滤池和厌氧滤池反冲洗污泥对污水中氨氮去除的差异性、污泥活性和金属盐混凝剂对去除效能的影响等进行了研究,并对这种去除作用的去除机理进行了分析、探讨。　　以生物滤池堵塞模型和均质滤料毛细管模型为基础建立了厌氧好氧生物滤池的流体动力学模型;以Monod方程和微元法为基础建立了厌氧和好氧生物滤池的底物去除动力学模型;并利用反应器模型实验和实际工程实验分别对建立的模型进行了模拟仿真和验证,并对验证结果进行了研究分析。　　将煤矸石-粉煤灰滤料前置反硝化BAF工艺应用于大连春柳河污水处理厂(二期)。通过对实际工程的实验研究发现,该工艺应用于实际工程中,运行稳定、效率高、出水水质好,尤其对氮素的去除效果显著,工程稳定运行后出水各项指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A出水标准,是一种具有广泛应用前景的城市污水处理工艺。