本研究针对平原地区水库水低温低浊、季节性藻类爆发、有机物及氨氮含量高的水质特点及现有净水厂滤池在实际运行过程中出现的问题,以滤池的净水机理及运行特性为基础,结合前期调研,对双层滤料滤池进行了深入研究。通过试验对比了不同类型的煤砂滤池的过滤性能,对滤池除污染物的机理进行了研究,采用响应面法分析了影响过滤的因素和响应参数的关系,结合调研对滤池反冲系统进行了设计；探讨了沸石新型滤料作为上层滤料的可行性,研究了沸石/砂滤池的除污性能；与臭氧工艺结合,分析了滤池对于水中有机物和氨氮的去除效果。研究主要包括四个方面的内容：(1)煤砂滤池针对低温低浊水的参数构建和参数优化：(2)沸石作为上层滤料的可行性和处理效果分析；(3)臭氧/双层滤料滤池对高有机物高氨氮水的处理效果分析：(4)响应面法对过滤试验响应参数和影响因子关系的分析；在煤砂滤池处理低温低浊水的研究中,对影响煤砂滤池过滤性能的参数进行选择和分析。通过对比不同滤速、滤料级配、滤层厚度条件下过滤周期、滤后水浊度、颗粒数和水头损失等相关指标,分析各因素对煤砂滤池过滤性能的影响作用,选择出各滤速条件下滤池最优构建参数,并对煤砂滤池的除浊机理进行了研究。研究表明,砂层的有效粒径是影响煤砂滤池过滤性能的主要因素,采用美国规范规定有效粒径dlo=0.5mm的滤池处理效果最好,国内规范规定有效粒径dlo=0.55mm的滤池处理效果次之,采用砂层有效粒径dlo=0.6mm构建的滤池处理效果最差。最优工况为在砂层有效粒径dlo=0.5mm的条件下,9m/h采用砂/煤(40cm/50cm)、10m/h采用砂/煤(20cm/70cm)、12m/h采用砂/煤(20cm/70cm)及14m/h采用砂/煤(20cm/70cm)。通过调研和实验相结合,分析了反冲洗方式对反冲洗效果的影响,针对煤砂滤池提出了相应参数的计算方法；结合自动化控制的理念,设计滤池运行自控系统,着重对反冲系统进行设计说明,实现滤池的反冲自控。在传统煤砂滤池研究的基础上,改变上层滤料的类型,探讨沸石作为上层滤料的可行性。采用与煤砂滤池相同的试验方法,分析出水各相关指标,对比煤砂滤池和沸石/砂滤池的截污效果,研究表明,与传统煤砂滤池相比,沸石并未表现出良好的过滤性能,其机械强度低,比重大,不适合作为上层滤料,滤池水头损失增长过快,过滤周期短。针对平原水库水季节性有机物、氨氮含量高的特点,采用滤前水曝臭氧的方式,通过臭氧的氧化性降解水中难分解有机物,并通过滤池的生物作用,对水中的有机物和氨氮进行去除。试验对比了挂膜后煤砂滤池、活性无烟煤/砂滤池和炭砂滤池对污染物的去除效果,探讨了滤料的吸附作用和生物作用对污染物的去除效果。研究表明,在臭氧投加量为5mg/L、接触时间为10min的条件下,活性无烟煤/砂滤池和炭砂滤池对水中有机物和氨氮的去除效果最好,传统煤砂滤池的去除效果最差。在进水CODMn浓度为6.1～7.3mg/L、UV254浓度为0.162-0.194cm-1、氨氮浓度为1.5-2.0mg/L的条件下,煤砂滤池、活性无烟煤/砂滤池和炭砂滤池对CODMn的去除率分别为58.9%、79.2%、81.4%,对UV254的去除率分别为87.8%、93.4%、95.6%,对氨氮的去除率分别为73.2%、88.3%、92.2%：无烟煤、活性炭和活性无烟煤的吸附作用对CODMn的去除所占的比例分别为25%,42.5%和46.5%,对氨氮的去除所占的比例分别为36%,42%和43.3%。采用生物活性滤料在水中有机物和氨氮含量高的时期能够充分发挥滤池对污染物的降解作用,有效降低滤池出水中有机物和氨氮的含量。采用Design Expert软件对煤砂滤池过滤性能试验结果进行分析,通过响应面法建立响应参数与影响因子间的函数模型,通过分析得出参数与因子之间的关系,并与试验结论进行对比。研究表明,采用Design Expert软件能够将试验分析提升到理性化分析的层面,分析结果与理论分析相符。