活性污泥工艺是污水处理最重要方法,经过100年的发展历程,其研究工作重点,已从最初的稳定运行,到后来的排放达标,进入到目前的节能减排阶段。在我国,污水处理厂节能减排的一个重要任务,就是在有限能耗的约束下,逐步降低出水水质的超标部分,并最终达到出水水质满足国家标准。大量研究表明,对污水处理厂的减排优化,可通过改变工艺、增加设备或调整运行参数来实现,这常常意味着需要提高处理过程的能耗。因此,污水处理的节能与减排之间有时会产生矛盾,需要根据实际情况在节能与减排两者之间进行权衡。本研究利用多目标优化的方法通过计算机仿真研究了活性污泥工艺在节能与减排之间的权衡问题。研究涉及三种活性污泥工艺,分别是国际水协发布的BSM1 (Benchmark Simulation Model 1)基准工艺、东南大学开发的五箱一体活性污泥工艺及六箱一体活性污泥工艺。研究过程涉及3种天气进水条件：晴天、雨天及暴雨,涉及2种控制方法：开环、闭环。在建立多目标优化数学模型时,选择的目标函数为出水水质超标指数(EQ)、运行能耗指数(OC)、反应池体积和污泥浓度等,决策变量为反应池体积、氧气传质系数、混合液回流量、污泥回流量、排泥量和各阶段运行时间等,约束条件为目标函数的取值范围与决策变量的取值范围,计算采用非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ利用ATLAB编程求解。为了获得多目标优化模型中活性污泥有关组分的浓度,根据物料守恒原理构建了上述三种活性污泥工艺的数学模型。模型内的组分反应速率采用国际水协发布的ASMs (Activated Sludge Models)动力学方程进行计算；进水COD中的组分利用气相色谱法、呼吸计量法及守恒法进行分析；模型的化学计量系数利用实验进行校正；模型的反应动力学常数利用一种组合了反应速率测定、反应速率计算、灵敏度分析及数学最优化的迭代算法进行校正。对BSM1工艺的研究表明,多目标优化模型中的决策变量、目标函数与约束条件的设定对优化结果有明显影响；多目标优化得到的Pareto解集可以提供多个目标之间的权衡关系,避免优化解的唯一性,可实现规划者与决策者的分离,为决策者的选择提供了便利。同时选择出水水质超标指数、运行能耗指数、反应池体积和污泥浓度等4个目标函数的优化解,比选择2-3个目标函数的优化解更有利于全面优化BSM1的运行策略。利用多目标优化方法对五箱一体活性污泥工艺的研究结果表明,该工艺多目标优化Pareto解集的出水水质超标指数与运行能耗指数呈非线性关系,该Pareto解集经线性拟合可分成三个区域,第一区域内|△OC’/△EQ’|=1.24,第二区域内|△OC’/△EQ’|=0.15,第三区域内|△OC’/△EQ’|=0.03,即第一区域减排所需能耗,是第三区域等量减排的41倍,是第二区域等量减排的8倍,表明在污水处理厂的节能减排方面,如何处理减排与节能的关系,存在很大的权衡空间。对五箱一体活性污泥工艺的研究结果也表明,在该工艺多目标优化Pareto解集中选取的一个解所对应的运行策略,好于原工艺运行策略,表现为在不同反应过程、不同运行阶段和不同反应池内各组分的反应量上的差异。对五箱一体活性污泥工艺施加阶段运行时间自动控制,或调整该工艺3#池的曝气时间,可以增强该工艺的节能减排效果。利用多目标优化方法研究了六箱一体活性污泥工艺在动态进水条件下的1种开环恒定时间运行策略和3种闭环可变时间运行策略,结果表明,经过多目标优化的恒定时间运行策略在出水水质超标指数和运行能耗指数上好于原运行策略,而以SN03和dSNO3/dt为检测变量的可变时间运行策略,能在恒定时间运行策略基础上进一步提高六箱一体活性污泥工艺的节能减排效能。