活性污泥数学模型作为一种强有力的工具已经被国外在污水处理厂的管理和改造、新建污水厂设计方案的模拟和优化等领域广泛应用,而我国在实际工艺设计中常是依据经验来设计,设计中往往存在参数数据有限或是污水处理厂实际数据无法得到,从而使得工艺的设计带有一定的盲目性,很难进行工艺的最优化选择,本课题的目的是利用活性污泥数学模型对城市污水厂脱氮除磷工艺进行优化设计,使设计结果在满足出水要求的前提下,进一步降低基建费用和运行费用,用理论指导实践,提高城市污水处理厂运行效率。首先,利用ASM2D模型为平台,在WEST软件环境下构建A2O污水处理工艺的仿真模型,并在参数灵敏度分析的基础上对模型进行校正,使其可以应用于实际污水厂模拟,然后利用校正模型对混合液回流比、DO和污泥龄三个工艺运行参数进行优化研究,研究结果认为,上述三个运行参数在设计参数值基础上仍然具有一定的优化空间。其次,对活性污泥工艺三种设计方法——传统设计方法、试算法和优化法进行了论述,并对污水处理系统优化设计模型进行了重点阐述,分别从模型主体、目标函数和约束条件三个部分对优化模型进行了构建、并利用优化模型中的总费用函数对三种设计结果进行评价,结果表明,A、B污水处理厂采用优化法相对于传统设计方法分别要节省1971.94万元和2095.72,费用节省比率达到11.83%和22.83%;优化设计方法相对于试算法要节省911.11万元和1292.96万元,费用节省比率达到5.84%和15.43%。最后,对优化模型中的各种参数进行了灵敏度分析,了解它们的取值对优化设计结果的影响,分析结果表明,不同种类的参数的灵敏度差别很大,其中目标函数中参数对结果影响最大,最大灵敏度达到-99.02%,其次是进水组分,最大灵敏度达到16.06%,不同设计标准对系统总费用有着重要的影响,随着排放标准的下降,系统的总费用也随之减少,减少的额度分别达到917.46万元和625.91万元。