水环境与人类的生存息息相关，而污水处理是保护水环境的重要环节。近年来，我国对污水处理厂提出了更严格的出水标准，许多污水处理厂寻求改造措施，然而根据经验调试既伴随风险，又耗费时间，由此展开研究以解决污水处理厂提标改造和节能降耗问题。
　　以武汉市某污水处理厂A/A/O工艺为研究对象，针对其脱氮效果不稳定、曝气能耗高等问题，利用BioWin6.0建立该污水处理厂A/A/O工艺的活性污泥动力学模型。采用物理化学方法对污水处理厂进水水质进行测定，通过计算得到部分进水组分取值：Fbs=0.2008、Fac=0.3497、Fus=0.0309、Fup=0.2185、Fna=0.8287和Fnox=0.5674。利用实测数据对模型进行稳态、动态校准，并利用改变工况后的实际运行数据对模型进行动态验证，得到具备较好预测能力的模型。
　　通过调整模型的预缺氧池进水配比、污泥回流比、溶解氧、排泥量、硝化液回流比等参数，分析各参数变化对出水水质的影响规律，结果表明各参数最佳取值范围依次为：5-15%、50-65%、1.5-3mg/L、550m3/d和100-300%。对药剂投加环节进行优化模拟，提出碳源最佳投加方案和化学除磷最佳投药量，大幅提高出水水质合格率。对曝气环节进行优化，在现状曝气策略的基础上，建立基于进水NH3-N值前馈和好氧DO值反馈的串级控制策略，利用BWController对控制效果进行模拟。模拟结果表明新的曝气控制策略不仅曝气总量降低了20.58%，出水TN达标率也提升7.84%。
　　采用响应曲面法建立出水TN浓度与污泥回流比、硝化液回流比、好氧池溶解氧之间的函数关系，制定污水处理厂最优运行策略：硝化液回流比为300%，污泥回流比50%；控制好氧池溶解氧低于3mg/L，关闭好氧池硝化液回流处曝气器并控制溶解氧值低于0.5mg/L；在缺氧池增加碳源投加装置，平均投加量为90kgCOD/d；优化化学除磷投药量，PAC平均投加量约为31.6kg/d。经60天的污水处理厂实际运行，数据表明出水各指标达标率100%。与优化前相比，出水TN平均浓度、PAC平均投加量和好氧池溶解氧平均浓度分别降低了14.5%、54.9%和41.3%。