哈尔滨市朝阳污水厂采用的深井曝气工艺,地处我国北方寒冷地区,进水水质受温度和进水条件影响较大,为有效管理水厂的日常运行,需要对深井曝气工艺水质变化情况进行建模分析与控制。污水处理传统工艺建模方法一般为活性污泥系列模型(ASMs)及其修正和简化模型,然而寒冷地区深井曝气工艺的建模分析还未见报导。课题研究通过筛选活性污泥2D模型(ASM2D模型)的关键机理、简化模拟水质变化方程组并模拟深井曝气池溶解氧浓度变化等方法,建立适用于深井曝气工艺的水质简化模型,搭建理论模型的测试平台,检验模型的可靠性并识别模型中的敏感参数等研究,并进行应用分析与检验,可为北方寒冷地区深井曝气工艺的推广和运行控制提供支持。针对深井曝气工艺的实际分区,以缺氧区、厌氧区、深井曝气区及澄清区内发生的生化反应过程作为ASM2D模型的主要研究对象,以好氧硝化过程、缺氧反硝化过程、聚磷菌厌氧释磷过程、聚磷菌好氧吸磷过程及聚磷菌反硝化吸磷过程作为主要过程,通过保留ASM2D模型脱氮除磷过程的核心反应及关键变量,线性化处理部分变量的Monod项,根据深井曝气工艺的反应区设置及污水处理流程,简化ASM2D模型的过程速率表达式,建立参数可识别适用于深井曝气工艺的水质简化模型,获得了包括19个反应方程,17项动力学参数的微分非线性方程组。通过对哈尔滨市朝阳污水厂春冬两季连续两年的现场实验,在考察投加与不投加除磷药剂两种情况,分析二级处理工艺段各反应区内水质水量变化数据,采用2016年冬季与2017年春季两季常温与低温各自稳定运行一段期间内水质数据估计模型中的参数值,于Matlab平台使用单纯形法估计简化模型中微分方程组的参数值,结果表明受不同时期进水条件及投加除磷药剂的影响,氨氮和硝酸盐反应方程中大部分参数估计结果较为接近,但磷酸盐反应方程中部分参数估计结果波动范围较大。开展简化模型的有效性和可靠性验证研究,基于Simulink软件搭建了理论模型的测试平台,采用2017年冬季与2018年春季同时期稳定运行期间的水质数据,对各反应区内不同水质组分出水程度进行模拟,分析不同组分预测值与实际值拟合效果的准确度,结果表明简化模型的预测效果良好;各参数分别单独改变?5%和?10%测试模型参数的灵敏度,识别预测污染物浓度变化的敏感参数。研究成果应用到哈尔滨市朝阳污水厂,可预测不同进水条件下的出水水质,为水厂的日常运行提供建议的运行参数,指导其生产和运行,使水厂满足出水达标及节能降耗的要求,效益显著。