随着水污染的日益严重，水中污染物质的去除得到了高度重视。目前，国内水污染控制中水处理工程的设计以及污水处理厂的建设运行管理都根据过往的调试经验进行，将耗费大量人力物力，因此通过计算机仿真程序对污水处理过程进行模拟从而为污水处理工程的设计以及运行管理提供优化方案是大势所趋。当前污水处理工程的主要方法为活性污泥法。国际上有包括国际水协ASM课题组、UCT课题组以及EAWAG、TUDP等多个课题组致力于活性污泥模型的研究。EAWAG、TUDP分别推出的ASM3 Bio-P模型和TUDP模型都可以模拟营养物质全去除过程，比较具有代表性，但这些模型都属于均质模型，无法反应污染物质随水流方向的变化趋势。为了更符合污水处理实际情况，本研究基于ASMs模型和TUDP模型，根据微生物耦合机理，改进生物模型，添加抑制形式的开关函数，耦合其他模型的较优部分得到ATCM(ASMs TUDP Coupling Model)模型。通过对水力场的推导，建立水力场控制方程和边界条件，将水力模型与生物模型耦合，得到水力-生物耦合模型HBCM(Hydraulic Biological Coupling Model)。采用数值解法中的有限元法对HBCM模型进行求解。使用MATLAB语言建立活性污泥系统AAO工艺的模拟程序。该程序可模拟AAO工艺的厌氧池、缺氧池、好氧池的生化反应和污染物质随流场一维方向的改变，并可直观地通过图形看到污染物质随时间和空间的变化过程。本研究中HBCM模型的校核工作是基于德清县狮山污水处理厂AAO工艺的工艺参数、水质参数的基础数据开展。AAO工艺的工艺参数由污水处理厂设计资料以及管理资料提供。同时，本研究在德清污水处理厂开展了连续三十日的水质监测工作。模型参数沿用国际推荐的默认值。经过校核，数值模型与实际情况较吻合。将校核后的模型应用于德清狮山污水处理厂污水处理过程优化运行管理的研究，改变不同工艺参数、流量和进水水质参数，模拟污染物质去除过程，预测污水出水水质，提出德清污水处理厂污水处理过程优化运行的改进方案。