随着水源污染的严重和饮用水水质标准的提高,常规水处理工艺很难使饮用水达到新的国家标准,因此提供优质安全的饮用水成为供水界亟需解决的重大问题。本论文以天津芥园水厂夏、秋两季引入的微污染滦河水为研究对象,通过中试深入系统地研究了臭氧-炭砂滤池的净水效果及影响因素,同时开展了臭氧-炭砂滤池生物强化技术研究。天津饮用水原水主要来自引滦工程,对天津滦河水源的调查发现,引滦流域受到了不同程度的有机污染,水体中含有较多小分子有机物,这些有机物具有很强的消毒副产物（DBPs）生成能力,传统的净水工艺很难将其去除。通过试验认定在常规工艺后增设臭氧-炭砂滤池能够在保障出水浊度的同时对有机物进行有效去除。本研究对深度处理中臭氧氧化作用及其如何确定最佳投加量进行了研究,通过中试试验确定了最佳的臭氧投加量。试验结果表明,臭氧氧化作用能够有效降低水中COD_Mn及UV₂₅₄的含量;臭氧的投加能够导致水中可生物同化有机碳（AOC）及可生物降解有机碳（BDOC）含量的升高,因此臭氧氧化工艺不能单独应用于常规工艺的过滤后面,在臭氧氧化后应设置炭砂滤池用来降低由于臭氧的氧化作用而升高的AOC及BDOC含量。对臭氧-炭砂滤池的净水效能进行了全面研究,以滦河水经常规处理后出水为试验用水,经过臭氧-炭砂滤池深度处理使浊度、UV₂₅₄、COD_Mn、消毒副产物前体物、AOC、细菌、藻毒素等指标均达到饮用水标准,去除效果明显。为了进一步提高臭氧-炭砂滤池的效能,发挥微生物的作用,以便延长臭氧-炭砂滤池的使用寿命,对臭氧-炭砂滤池进行生物强化,把人工筛选与培养的微生物接种到臭氧-炭砂滤池中,将其具体应用到中试系统,不仅强化了活性炭床中微生物的作用,而且显著提高了臭氧-炭砂滤池对污染物质的去除效果。结果表明,与臭氧-炭砂滤池相比,经过生物强化后的臭氧-炭砂滤池对总有机碳的平均去除率达到49.83%,提高了近15%,并且去除效果稳定,对三卤甲烷前体物的去除率提高了10～26%,对卤乙酸前体物的去除率提高了20～45%。Ames试验表明,臭氧-生物炭砂滤池出水的致突变性为阴性,同时出水细菌对氯的耐受力低,更易被后续的消毒工艺所去除,证明了生物强化炭砂滤池工艺的安全性。通过对生物稳定性的研究表明,臭氧-生物强化炭砂滤池对AOC的去除率达到86.5%,比未生物强化的臭氧-炭砂滤池高出26.5%。本研究对臭氧-炭砂滤池的影响因素进行了分析研究,系统地分析、比较了活性炭底部设置砂层的效果,研究表明砂层在截留细小颗粒物,其中包括活性炭粉末、细菌、细小絮体等方面具有明显的效果,能够有效提高炭砂滤池工艺出水的生物安全性,在保障出水浊度方面具有重要的作用,通过试验确定了适宜的砂层厚度。同时对滤速、反冲洗方式等运行条件进行了研究,确定了滤速、工作周期、反冲洗方式及强度等具体参数。针对滦河水质考察了溶解氧、温度、停留时间等因素对臭氧-炭砂滤池出水效果的影响。试验结果表明,经过生物强化后的臭氧-炭砂滤池即使在较低的温度条件下对COD_Mn的最高去除率仍可以达到19.3%,对UV₂₅₄的去除率最高可以达到15.79%;针对该工艺试验确定最佳的停留时间为20min。在理论与实践基础上建立了两种滤速条件下,炭层高度与高锰酸盐指数浓度之间的函数关系式,为实际工程设计提供理论依据。