为实现化工园区综合废水特征有机污染物的去除,解决综合污水厂出水稳定达标问题,本文以某化工园区污水处理厂为研究对象,通过小试、中试研究,采用臭氧+曝气生物滤池(BAY)组合工艺对综合污水厂的出水进行了深度处理。通过多种分析表征手段,系统地研究了臭氧催化氧化单元所需催化剂的合成以及不同种类催化剂对处理效果的影响；对比了臭氧+BAF不同组合顺序的水处理效果；考察了臭氧投加量、水力停留时间、pH值等操作参数对处理效果的影响；初步确定臭氧氧化单元的最优操作条件；探索了BAY的快速启动条件,并结合臭氧预氧化,考察臭氧对废水可生化性的提高情况及组合工艺对各种污染物的降解效果。研究结果表明：从COD和UV2s4去除率角度看,臭氧在厌氧好氧前与臭氧在厌氧好氧后处理效果接近；但从水质色度脱除角度分析,臭氧在后的工艺中出水水质略胜一筹。通过催化剂的合成及筛选实验,挑选出了效果更好的Mn-Cu-Sn三组分臭氧氧化催化剂。通过小试、中试实验,优选出的臭氧催化氧化单元运行条件为：臭氧投加量30-50mg/L,停留时间1h；水质偏碱性条件下,该单元对COD、UV254的去除率可分别达到12%和37%。BAF单元中,生物挂膜采用接种培养法,最佳运行参数为：气水比3：1,水力停留时间6h,此时组合工艺对COD、UV254的去除率可分别达到33%和50%左右。三维荧光分析表明,臭氧催化氧化增强了水体的可生化性,废水经过臭氧预氧化进入BAY,更有利于水中有毒有机物的降解。成本核算显示：组合工艺处理每吨水的运行费用为0.5675元。