针对我国污水处理厂所面临的污水处理能力低，负荷利用率未达到应有的设计水平；运行费用高，能量消耗大；运行控制水平低等现状。建立能够反应污水厂实际运行状况的数学模型，并采用所建立的模型来解决污水厂所面临的问题具有重要的意义。然而，目前国内外关于废水特征参数的确定、污水厂工艺模型的建立尚未提出一套公认的方法。尽管在GMP一书中提出了宏观的拟合评价标准，但是，在实际的应用中，还需要根据特定的情形建立详细的拟合评价标准。因此，找到确定废水特征参数、建立污水厂工艺模型及建立模型拟合评价标准的系统方法对建立一个能够反映污水厂实际运行的污水厂工艺模型至关重要。本课题是在前期课题组研究的基础上进行的，结合苏州市吴中区城区污水处理厂二期厌氧+氧化沟工艺，以活性污泥2号模型（ASM2）为基础，以BioWin软件为平台，以2011年7月~9月的夏季日平均水质监测数据和2011年10月9日~2011年10月12日连续三天的24小时动态数据对该污水厂的运行进行数学模拟，从而建立能够反应污水厂实际运行的数学模型。采用所建立的污水厂工艺模型对污水厂进行了分析、评价和诊断，并为污水厂提供了改进建议。根据氧化沟沿程实测DO法，经验公式法以及GPS-X软件中提出的分区思路，提出了五种污水厂工艺模型方案并建立了相对应的污水厂工艺模型。对五种方案的主要出水水质指标、系统污泥分布特征的模拟变化情况进行了分析、比较，结果表明：不同的氧化沟分区对模拟结果基本无影响，并最终确定了最合理的污水厂工艺模型。采用物料平衡法对历史数据进行了检查，结果表明这两个阶段的数据是准确的。采用磷的物料平衡对剩余污泥量和污泥回流量进行了校核，剩余污泥排放量为653m3/d，污泥回流量为8396m3/d。采用试验法对污水厂夏季的进出水水质进行了测定，确定了易生物降解性溶解性有机物（S S）的组分比例值为0.270；非降解溶解性有机物（S I）的组分比例值为0.098；参考文献并结合吴中区城区污水处理厂的实际，推算出慢速可降解基质（X S）的组分比例值为0.220；惰性颗粒性有机物质（X I）的组分比例值为0.412。根据Good Modeling Practice（GMP）专家组提出的模型拟合评价标准，结合本课题的研究目的，建立了模型的拟合评价标准。对氮指标（氨氮、硝态氮、总氮），平均绝对误差小于1mg/L；对磷指标（磷酸磷，总磷），平均绝对误差小于0.5mg/L；对出水总悬浮性固体（TSS），平均绝对误差小于5mg/L；对混合液悬浮固体，平均相对误差小于10%。采用污水厂历史数据对模型进行稳态模拟，对出水水质指标（氨氮、TN、TP、SS）和系统污泥分布（氧化沟污泥浓度、回流污泥浓度）的模拟结果与实测结果进行了比较，结果表明，采用试验法确定的废水特征参数值，将硝化菌最大比生长速率调整为0.700，其余动力学参数和化学计量学系数均采用模型默认的参数值，污水厂模型的模拟结果与实测结果拟合较好，回流污泥浓度的平均相对误差为1.19%；氧化沟MLSS的平均相对误差为2.07%；氨氮的平均绝对误差为0.02mg/L；TN的平均绝对误差为0.52mg/L；TP的平均绝对误差为0.06mg/L；出水SS的平均绝对误差为1.6mg/L。采用实测动态进水数据对校准后的污水厂工艺模型进行动态模拟，将出水水质指标（氨氮、硝态氮、TN、TP和SS）和系统污泥分布（氧化沟污泥浓度和回流污泥浓度）的模拟结果与实测结果进行了比较，动态验证结果表明：采用校准后的模型，将硝化菌最大比生长速率调整为1.200，模型的动态模拟结果与实测结果的变化趋势相近。出水氨氮的平均绝对误差小于拟合标准（1mg/L）；出水硝态氮的平均绝对误差与拟合标准（1mg/L）基本相近，出水TN的平均绝对误差与拟合标准（1mg/L）基本相近；出水TP的平均绝对误差小于拟合标准（0.5mg/L）；出水SS的平均绝对误差小于拟合标准（5mg/L）；生化池污泥浓度、回流污泥浓度的平均相对误差小于拟合标准（10%）。动态验证结果进一步证明了所建立的吴中区城区污水厂模型能够反映污水厂的实际运行状况。最后，采用所建立的污水厂工艺模型对吴中区城区污水处理厂二期氧化沟工艺的运行进行了分析、评价和诊断，针对除磷效率不高的问题提出了改进建议，将厌氧区分成多个小区间，串联连接形成推流式改善厌氧条件；通过增加厌氧区的体积来延长水力停留时间，以间接的获取更多的挥发性有机物。