污水生物处理是微生物以污水中的污染物质作为生长的碳源或能源，将其转化为新细胞物质、CO2或其他形式，从而将污染物从污水中去除的一种非线性、动态和滞后过程。生物处理工艺主要包括活性污泥法和生物膜法等。为了更利于污水生物处理过程的设计、研究和运行管理，须对其进行建模和控制研究。 本文以活性污泥生物处理工艺为基础前提，对污水生物处理过程进行了机理建模、基于神经网络的智能建模、智能控制、以及模拟与控制系统软件开发的研究。分述如下： (1)在深入分析国际水协会(IWA)推出的活性污泥3号模型(ASM3)机理的基础上，首先以序批式呼吸实验为主对ASM3中异养菌产率系数YH，O2、异养菌衰减系数bH、异养菌最大比生长速率^μH和自养菌的最大比生长速率^μH等4个最重要的模型参数进行了确定。然后以ASM3模型原理为基础，将污染物迁移方程引入其中，在模型中加入了位移变量，建立了基于ASM3的改进活性污泥数学模型模拟系统。 (2)为了建立具有合理结构的基于神经网络的污水生物处理过程智能模型，本文对污水处理厂出水水质序列进行了分形特征研究，据此确定了表征出水水质系统的有效自由度数，即神经网络输入层神经元节点数。再将污水生物处理过程中的初沉池、曝气池和二沉池作为一个整体系统考虑，分别建立了基于BP神经网络的MISO与MIMO水质模型和RBF神经网络的MISO与MIMO水质模型。 模拟结果表明本文建立的基于神经网络的污水处理过程智能模型是有效可行的。(3)目前，神经网络控制技术在非线性动态过程中的应用是研究的热点。本文依据神经网络模型预测控制系统的原理，在Simulink环境下对CSTR型污水生物处理系统中SS-XB,H过程进行建模、系统辨识和控制仿真研究，实现了对出水水质浓度的可视化动态控制。 最后，本文利用ActiveX自动化技术，通过VB与MATLAB的混合编程，开发出污水生物处理过程的模拟与控制仿真系统，实现了用户界面与系统功能的完美结合，为软件有效应用于工程实际提供有力的技术支持。 总之，本文研究结果对污水生物处理过程的设计及工艺运行管理具有一定的借鉴意义。