为进一步控制水环境污染和加快实现污水资源化,我国对城镇污水处理厂的排放标准日益严格。这不仅使新建的污水处理厂要遵循高排放标准,同时,现有的污水处理厂也面临着十分紧迫的升级改造压力。A2/O工艺是目前我国城镇污水处理厂普遍采用的一种同步生物脱氮除磷技术,因此,运用ASM2D数学模型对A2/O工艺进行模拟,分析优化A2/O工艺控制方法和最佳工艺技术参数,以进一步挖掘现有各处理单元的潜能,具有重要的理论与现实意义。本文以武汉市龙王嘴污水处理厂生物处理系统进水水质特性为研究对象。连续1年的常规水质指标分析结果表明,龙王嘴污水处理厂进水中各污染物指标(除NH3-N外)变化幅度较大,随季节变化明显,分为两个阶段。第一阶段,2009年12月至2010年6月进水中各污染物指标均较高,CODCr、BOD5、SS、TN、TP及PO43-平均值分别为：387.8mg/L、265.9mg/L、376.9mg/L、40.66mg/L、8.20mg/L和2.07mg/L；第二阶段,2010年7月至2010年11月进水中各污染物指标均较低,上述各指标平均值分别为：196.8mg/L、122.3mg/L、138.4mg/L、25.75mg/L、3.87mg/L和1.56mg/L；NH3-N受环境因素影响不大,全年平均值为18.75mg/L。基于ASM2D模型对龙王嘴污水处理厂进水水质组分进一步划分,结果表明,当进水COD小于350mg/L时,溶解性惰性不可降解有机物S1、易生物降解有机物SF、挥发酸SA、颗粒性慢速可生物降解有机物Xs以及颗粒态惰性不可生物降解有机物X1占进水总COD的比例分别为7.2%、10.9%、7.3%、50.9%和23.7%；当进水COD大于350mg/L时,该比例分别为2.6%、6.5%、4.3%、29.7%和56.9%。建立了一套与龙王嘴污水处理厂工艺参数相同的24m3/d中试装置,利用物料平衡,分析研究了内回流比(300%、200%、100%和0%)对污染物在A2/O工艺中迁移转化及脱氮除磷性能的影响。试验表明,回流比对出水COD、BOD5、SS以及NH3-N的影响不大,但增大内回流比有助于硝化速率的提高,四种工况条件下的平均硝化速率分别为104gNH3-N/(kgMLVSS·d)、102gNH3-N/ (kgMLVSS·d)、89gNH3-N/(kgMLVSS·d)和86gNH3-N/(kgMLVSS·d)。在本试验中,在有内回流比条件下,内回流比对TN的去除效果影响不大,但随着内回流比的减小,TN在选择区、厌氧区的去除百分比逐渐减小；在无内回流的条件下,好氧区第一廊道存在着明显的SND损失现象,占TN去除百分比的33.4%。在本试验中,随着内回流比的减小,TP和P043-的去除率逐渐减小,缺氧区存在反硝化除磷的现象,并随着内回流比的减小而增大,而在好氧池除磷的百分比随着内回流的减小而减小。运用课题组自主研发的基于ASMs的活性污泥法工艺模拟软件,首先对中试模型进行了初步模拟及校准,结果表明,异养菌的产率系数YH对系统脱氮除磷模拟有显著影响,硝化自养菌的最大生长速率μATU对出水NH3-N有较大的影响。校正后的模型模拟值与实测值符合较好,其中模拟出水COD、TN和N03-的相对误差分别为：3.2%、1.2%和6.5%,由于模拟出水TP、PO43和NH3-N本身值比较小,但其绝对误差均在0.3mg/L以下,在正常范围内。建立的模型可以较好地模拟工艺的运行,能够基本满足中试系统对脱氮除磷趋势的分析。其次,利用校正后的模型,对中试系统进行工艺优化时发现,在进水污染物浓度较低的情况下,内回流比宜为50-100%,污泥回流比宜为50-75%,好氧池DO宜控制在1.5～2.0mg/L范围内,可得到较好的出水水质,并可节省能耗。同时,中试系统生物处理单元处理能力具有很大提升空间。