目前我国大部分污水处理厂均执行一级A标准,但在部分水环境敏感或重点保护区域,污水排放标准较低是导致地表水体超负荷纳污和水环境质量恶化的重要因素,因此污水厂二级出水仍需要经过深度处理以进一步提高出水水质。本研究以南京市某污水厂二级出水作为研究对象,构建一套处理规模为20 m3/d的反硝化滤池-臭氧-曝气生物滤池深度处理工艺进行中试试验研究,优化各单元工艺参数,探究组合工艺对污染物的去除效果。主要研究结果如下:反硝化滤池以脱氮功能为主,通过控制反硝化滤池不同碳氮比考察了硝酸盐氮去除效果,适宜的碳氮比为4:1,此时硝酸盐氮去除率达69.6%,外加碳源被充分利用。臭氧-曝气生物滤池以去除有机物为主,臭氧单元作为预处理单元可改善污水可生化性。探究了不同臭氧投加量下对二级出水可生化性的影响,COD浓度随着臭氧投加量的增加整体呈下降趋势,但下降幅度逐渐趋缓,氨氮浓度随着臭氧投加量的增加先升高后逐渐趋于稳定;适宜的臭氧投加量为0.66 mg O3/mg COD左右,使可生化性提高至0.344;臭氧氧化有机物动力学试验表明,臭氧氧化有机物分为快速降解和慢速降解两个阶段。曝气生物滤池主要进一步降解臭氧氧化产生的小分子有机物和去除氨氮,探究了不同气水比和水力负荷对COD和氨氮去除效果的影响。确定适宜的气水比为3:1,此时COD和氨氮去除率分别为47.3%和43.9%;适宜的水力负荷为1.0 m3/（m2·h）,水力停留时间为1h,此时COD和氨氮去除率分别为45.9%和51.2%。组合工艺在反硝化滤池碳氮比为4:1,臭氧投加量为0.66 mg O3/mg COD左右,曝气生物滤池气水比为3:1,水力负荷为1.0 m3/（m2·h）时,中试系统对COD、氨氮、硝酸盐氮和TN的去除率分别为49.2%、26.2%、63.8%、63.5%;出水COD、氨氮均能达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类标准,TN稳定在5mg/L以下。