对水处理过程的数学模拟和精确的理论预测是当今水处理技术发展的一个重要方向和研究热点.该次研究以曝气生物滤池为对象,构建了其处理城市污水的数学模式,并通过中试规模的试验对所建立的模型进行了评价.同时对曝气生物滤池处理城市污水的工作性能以及其硝化过程的生态学效应作了初步的探讨.该次研究接受了稳态生物膜动力学理论,总结了稳态生物膜增长动力学和底物利用动力学,并将其动力学方程作了无量纲化处理,而且以应用为目的,对其数学模型的部分方程作了进一步的推导和简化,提高了模型的实用性.介绍了模型提出的最小底物浓度S<,min>这一概念在工程实践中的重要意义.采用了阶式CSTR反应器模型来描述曝气生物滤池中的水力流态,尝试将反应器处理效率与分格数n值联系起来,通过试算来求得n值.在此基础上,将稳态生物膜动力学引入到阶式CSTR反应器模型中,构建了曝气生物滤池处理城市污水的数学模式.应用Visual C++语言编制了计算程序,对模型进行了计算机求解.在进水sCOD为200mg/L条件下,水力负荷为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0m<3>/(m<2>·h)时,计算得出n值分别为14、24、25、24和23,并且求得了各水力负荷时液相主体sCOD浓度沿滤层高度的分布.与试验结果对比发现,模型的预测值与实测值均较好的吻合.该文从工程的角度分析了曝气生物滤池处理城市污水的工艺特性,考察了曝气生物滤池对悬浮物、有机物和氨氮的处理效果,以及运行参数和环境因素对处理效果的影响.结果表明,曝气生物滤池有良好的去除水中悬浮物的能力,SS的去除率稳定在85~90％之间.该次研究考察了曝气生物滤池中异养菌与硝化菌的空间分布,当水力负荷低于3.0<3>/(m<2>·h)时,滤池中出现两个不同的功能分区,并形成了不同的顶极群落.异养菌占据了滤层的下部区域,硝化菌占据了滤层的上部区域.溶解氧低谷是这两个区域的分界线.异养菌与自养菌在生物膜内对空间的竞争发展到整个滤池是造成这种空间分布的主要原因,种群生态学中关于种间竞争的理论可以很好的解释这种现象.