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活性污泥法生物处理技术一直是污水生物处理的主流工艺，在城市污水处理中得到广泛应用，并取得了很显著的效果。本文以西安市第三污水处理厂改良型氧化沟工艺为研究对象，基于国际水协提出的活性污泥数学2D模型（Activated Sludge Model2D，简称ASM2D）对工艺进行模拟与优化。取得的主要成果如下： （1）结合改良型氧化沟工艺，对ASM2D模型中的进出水水质组分进行测定。通过实验方案的比选与测定，分别得到碳组分的测定结果：利用混合-絮凝法、BOD计算法、物料平衡法、间歇OUR法测定进水SI与SS、XS、XI、XH与XA的浓度分别为23.15mg/L与37.43mg/L、182.34mg/L、54.21mg/L，37.35mg/L与1.86mg/L等。氮组分的测定结果：利用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法、纳氏试剂分光光度法、物料平衡法、酚二磺酸分光光度法测定进出水TN与NH4-N、进水有机氮ND与硝态氮NO3--N的浓度分别为46.68mg/L与9.75mg/L、34.18mg/L与3.64mg/L、11.85mg/L、0.64mg/L等；磷组分的测定结果：利用钼酸铵分光光度法测定进出水TP、进水PO43-与TPf的浓度分别为7.69mg/L与0.48mg/L、2.87mg/L、3.43mg/L等。 （2）采用间歇OUR法对ASM2D模型中敏感性高的化学计量学与动力学参数进行测定，测定的化学计量学参数：异养菌产率系数YH与自养菌产率系数YA分别为0.691、0.247，测定的动力学参数：异养菌衰减系数bH、自养菌衰减系数bA、异养菌比增长速率uH、自养菌比增长速率uA分别为0.4270d-1、0.15d-1、5.6079d-1、0.74d-1。 （3）基于ASM2D模型构建了改良型氧化沟污水处理工艺概化模型，将试验测定的模型组分与参数输入至概化模型当中，并进行校准与验证；通过校准与验证后的模型对改良型氧化沟工艺中混合液内回流比、污泥回流比、污泥停留时间、曝气池溶解氧浓度与BOD5污泥负荷率等运行参数进行优化，通过对优化结果分析认为：当混合液内回流比为250％、污泥回流比100%、污泥停留时间为22d、曝气区溶解氧浓度为2.75mg/L、BOD5污泥负荷率LS的范围为0.09～0.11kgBOD5/(kgMLSS·d)，其它运行条件与实际污水厂实际运行条件保持一致时，氧化沟的运行能耗较低、可取得较好的脱氮除磷与有机物去除率。