活性污泥法具有处理效率高、运行费用低的优点,是城市污水厂使用最多的工艺,但是活性污泥法的设计运行水平还非常依赖于经验.该课题研究的目的在于建立准确易用的活性污泥机理数学模型,用理论指导实践,减少对经验的依赖.数学模型可以全面模拟活性污泥工艺的运行状况,是污水厂设计运行的优秀辅助工具.为了达到这个目的,研究内容包括了建模平台的选择、数学模型的建立、模型的校正和验证以及如何使用这个模型.文中首先回顾了活性污泥数学模型的发展历史,逐一介绍了历史上比较有影响的机理模型、稳态模型和动态模型,清楚的勾勒出活性污泥数学模型的发展轨迹.然后选取ASM1模型为建模平台,结合活性污泥法机理研究的新进展和ASM1在使用过程中暴露出来的问题,对ASM1进行了简化和改进,形成改进模型.改进模型合并了ASM1中的好氧水解和缺氧水解过程,取消了有机氮组分,使用组分属性矩阵求取有机氮等衍生组分,使质量平衡更加完善.它还在反应速率表达式中增加了环境限制因子.改进模型一共有12个组分,6个反应过程.它有12个污水特性参数,5个化学计量系数,11个生化动力学参数.对化学计量系数和生化动力学参数的灵敏度分析表明,无论是高底物浓度还是低底物浓度的生化反应,都有大约一半的参数取值对模拟结果不敏感,从而可以降低模型应用时对参数取值的要求.文中使用了多种活性污泥工艺的实验数据对改进模型进行了验证.在模型参数经过适当校正之后,改进模型能够比较准确地模拟多种连续流或者序批式的活性污泥脱氮工艺.污水水质特性参数是模型校正的重要条件.如果缺乏准确的污水水质特性分析,模型校正的效果就明显降低,导致模拟误差变大.最后,文章通过几个示例说明了改进模型的广泛用途.改进模型可以用于污水处理工艺的筛选、设计参数的确定.改进模型可以调整污水厂的运行方式,充分发挥构筑物的处理潜力,增大处理能力或者节约运行成本.改进模型还可以用于污水处理的智能控制,结合在线仪表实现对处理水质自动控制,保持出水稳定.