对O/A两级生物砂滤工艺处理城市污水厂二级处理出水的硝化性能及生物特性进行了试验研究,试验结果表明:挂膜成功初期对原水中的COD_Cr、NH₄⁺-N、TN平均去除率分别为26.4%、35.91%、25.72%,生物砂滤柱对COD_Cr和NH₄⁺-N的去除率基本稳定所用的时间分别为25天和27天,硝化滤柱和反硝化滤柱分别以对NH₄⁺-N和TN的去除率基本稳定作为挂膜成功的标志。在水力负荷为3.00m/h,气水比为2:1,且系统稳定运行时,生物砂滤工艺对各污染物的去除效果为:硝化砂滤柱对COD_Cr的平均去除率为32.1%,系统对氨氮的平均去除率为61.66%,系统对TN的平均去除率为38.54%,工艺系统对浊度的平均去除率为78.45%。分析了水温、水力负荷、气水比、NH₄⁺-N容积负荷和有机容积负荷对生物砂滤硝化性能的影响,当生物砂滤柱运行控制水力负荷为3.0m/h、气水比为3:1、有机容积负荷为2.52kgCOD_Cr/（m³滤料·d）、NH₄⁺-N容积负荷为0.84kgNH₄⁺-N/（m³滤料·d）时可以取得较好的处理效果。采用层次分析模型AHM得出水温、水力负荷、气水比、氨氮容积负荷和有机容积负荷的权重分别为0.355、0.289、0.283、0.263、0.118。在水温为26℃,气水比为3:1,水力负荷为3m/h,且系统稳定运行的条件下,通过测定发现附着在石英砂上的生物膜为超薄膜,硝化滤柱生物膜厚度为84.02μm ,反硝化滤柱生物膜厚度为59.08μm ;在硝化生物砂滤柱内生物膜量随着水流的方向先减少后增加,反硝化生物砂滤柱内生物膜量随着水流的方向自上而下逐渐减少;随滤柱深度增加,硝化生物砂滤柱和反硝化生物砂滤柱内生物活性均先增加后降低。生物砂滤柱硝化性能动力学模型为: K_N1n（N/N_O）+N_O-N=q_Nh（其中氨氮降解速率q N与水力负荷h′的关系为q_N = -1. 6263h′+10.295）,经验证:氨氮理论计算值与试验测定值之间的最大绝对误差为0.32mg/L,最大相对误差为7.21%,硝化性能动力学模型的理论计算结果与试验实测值基本接近。试验结果表明:O/A两级生物砂滤技术先进且经济合理,在城市污水深度处理领域有广阔的应用前景。