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本发明公开了一种污水上流式多过滤层过滤装置、污水处理系统及其方法和反冲洗方法，属于环境雨水处理技术领域。其中过滤装置从下至上依次包括污水区、过滤区和净水区，所述过滤区包括第一过滤层和第二过滤层，所述第一过滤层设于第二过滤层的下方；所述第一过滤层内填充有第一过滤介质，第二过滤层内填充有第二过滤介质，第一过滤介质的粒径大于第二过滤介质；所述第二过滤介质的不均匀系数d60/d10＝1.3～3.0，当量直径d10＝0.2mm～1mm；所述污水区的过滤装置上设有进水口和出水口；所述净水区的过滤装置上设有净水口和进气口。本发明能在去除水中的悬浮颗粒物和溶解性污染物的同时，有效提升装置的反冲洗效率。