曝气生物滤池是一种日益受到广泛重视的污水处理构筑物。通过滤料表面生物膜的生物降解与物理过滤作用，该滤池可以有效的去除污水中的污染物。本文主要针对曝气生物滤池内生物降解过程进行研究，并建立数学模型对Biostyr曝气生物滤池进行数值模拟。在一维均匀生物膜模型的基础上，结合扩散系数沿生物膜厚度方向的变化规律与扩散—反应基本方程建立了分层生物膜数学模型，并使用MATLAB程序对模型进行求解，比较分层生物膜与均匀生物膜在基质通量上的差异。考察各个参数对两种模型中有效性系数的影响，发现随着蒂勒模数()的增大，两种模型的有效性系数均逐渐减小，并且当分层梯度(δ)增大、生物膜外基质浓度(C)减小时，两种模型的有效性系数差值变大。在局部容积平均法的基础上，对曝气生物滤池内部空间上的多尺度现象进行分析。推导出滤池内生物膜尺度、表征单元体(REV)尺度、宏观反应器尺度下的控制方程。其中，REV尺度下的控制方程将被用于曝气生物滤池的Fluent模拟。使用分层生物膜模型对Biostyr曝气生物滤池内五个取样口处生物膜进行计算，解得有效性系数沿滤池高度变化的分段函数。结合该分段函数与Rittmann等人对均匀模型的求解方法，求得分层生物膜模型中基质通量的准解析解。在Gambit中建立Biostyr曝气生物滤池的三维网格模型，并使用Fluent6.3中欧拉多相流模型对曝气生物滤池内污染物降解过程进行模拟，数值模拟中COD和N N:4沿滤柱高度分布与Viotti等人的实测数据基本吻合。利用验证后的模型预测滤池内溶解氧的质量分布以及水质负荷、水力负荷以及滤料粒径等参数对曝气生物滤池处理效率的影响。其中，由于微生物对溶解氧的消耗速率不断变化，液相中溶解氧沿滤柱高度出现先增加后减小再增加的现象。水力负荷与滤料粒径对滤池内COD和N N:4的去除效果均有影响，在进口水质负荷COD=100mg/L，N N:4=7.2mg/L的条件下，滤速越大，去除效果越差，粒径越小，去除效果越好。