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北京市为应对水资源短缺及有效改善水环境要求现有污水处理厂的二级出水全部进行深度处理，深度处理后的出水水质应达到地表Ⅳ类水体标准。出水水质标准的提高以及二级出水低浊、寡营养的特点使生物滤池工艺成为了城市污水深度处理的首选。目前北京市污水深度处理的改扩建工程中多以生物滤池组合工艺或生物滤池与其它工艺联用作为深度处理的核心单元，即将投产运行的卢沟桥再生水厂就是其中一例。 本文以“反硝化生物滤池+曝气生物滤池”的两级生物滤池为试验工艺，分别以小试试验和中试试验为平台。研究了两级生物滤池的挂膜启动方式，考察了该工艺启动期间各化学指标的变化规律及成功挂膜所用的时间。研究发现，曝气生物滤池采用自然挂膜法以设计流速成功挂膜需要35天，反硝化滤池在投加碳源后经过9天可挂膜成功。启动成功后，二级出水经该工艺处理后出水的总氮能够稳定在5mg/L以下，化学需氧量在35mg/L左右。当反硝化生物滤池以甲醇为投加碳源时，探究了不同C/N对总氮的去除率以及反硝化生物滤池的沿程去除规律。得出满足出水水质要求时所需的C/N约为5.0，滤池所需碳源的投加公式为Cm=1.1×(2.47×硝态氮量+1.53×亚硝态氮量+0.87×DO)。研究了反硝化生物滤池反冲洗后各化学指标的变化规律，反硝化生物滤池不同停运时间对重新启动的影响，以及重新启动后出水水质恢复至停运前水平所需的时间。研究发现，反冲洗后经30min运行滤池的出水溶解氧可降至0，经60min后反硝化生物滤池即可恢复到反冲洗前的处理水平，即使长时间停运后性能恢复所用时间也短于重新挂膜启动的时间。采用颗粒计数技术研究了生物滤池工艺中浊度与颗粒数之间的关系，不同粒径的颗粒数随滤池启动运行时的变化情况，并探讨了采用颗粒数作为判断生物滤池反冲洗信号的可行性。研究发现，浊度与大于1μm的颗粒总数具有较强相关性，相关系数在0.6以上。其中与2～4μm，4～10μm颗粒数的相关系数分别达到0.889和0.866。相对于其它粒径的颗粒数，把2～10μm的颗粒数作为判断反硝化生物滤池是否需要进行反冲洗的信号更具可行性。通过对生物滤池组合工艺的长期运行得出不同季节下工艺的出水水质及运行状况，并对不利条件下的运行提出了改进建议。