污水处理是应对水污染问题的必要措施,然而当前我国多数污水处理厂均面临着运行能耗及运营成本过高的问题,问题产生的主要根源则是污水处理厂曝气系统的低效高耗。因此,为实现节能降耗、绿色发展的目标,对污水处理厂耗能主单元—曝气系统展开多方位的研究就尤为必要。本文首先进行了多种因素对微孔曝气器氧转移过程的影响试验,分析各因素对曝气器充氧能力的影响效果与影响程度;其次,在结合ASM2D模型的基础上对曝气氧转移过程进行了试验与模拟研究,试验研究根据ASM2D模型对COD组分的划分方式,分析各COD组分变化对氧转移过程影响;模拟研究则是基于ASM2D模型建立起实际污水处理厂模型,并在此基础上通过曝气控制实现降低曝气能耗的目标。研究所得主要结论如下:(1)微孔曝气氧转移过程的影响因素研究部分的试验结果表明:1)当曝气量在0.5～2m3/h范围变化时,微孔曝气器的标准氧转移系数KLa(20)和标准氧转移速率SOTR的值均随曝气量的增大而增大;2)水中盐度含量在研究范围内会促进氧转移过程的进行。当水中盐度在0～1500mg/L范围内增加时,对氧转移过程的促进作用较小,当水中盐度超过1500mg/L后,水中盐度的增加对氧转移过程的促进作用才更加明显;3)当水中表面活性剂SDBS含量在0～20mg/L范围内变化时,标准氧总转移系数KLa(20)值总体呈降低趋势,但降低幅度很小,相较于传统曝气器KLa(20)值较大的降低幅度,微孔曝气器的优势更加突出;4)当水温在13.5±0.5℃～29.1±0.5℃范围内变化时,随着水温的逐渐上升,曝气设备的氧转移速率得以提高。根据不同曝气量下温度对氧转移过程影响的分析,确定了试验水质下标准氧转移系数的修正值θ取值范围为1.036～1.049;5)研究两种常见类型填料(立体空心球填料和多面空心球填料),在试验选取的投加率范围0%～50%内,随着填料投加率的逐渐增大,标准氧转移系数KLa(20)值呈上升趋势。填料投加率在0%～37.5%时KLa(20)上升趋势比较明显,在37.5%～50%范围时KLa(20)变化趋势相对平缓;6)随着污水中COD值的增大KLa(20)值逐渐降低,即氧转移能力受到了COD的抑制,α因子在0.782～0.962之间。(2)结合ASM2D模型中的对于COD的组分划分,采用人工配置污水的方法来进行研究各组分变化对于氧转移系数的影响,对于组分SA、SF、SI和XI而言,在研究范围内,随着组分浓度的不断加大,KLa(20)的值呈下降趋势;对于组分Xs而言,随着其组分浓度的不断加大,KLa(20,的值基本保持不变,α因子值为0.931。在各COD组分影响研究范围内,KLa(20)值的下降幅度从大到小依次为:XI+SI、SF、SA、Xs,并通过曲线拟合建立了各COD组分对KLa(20)值的影响关系式。(3)基于ASM2D模型在模拟软件WEST上实现西安市某污水处理厂数学模型的建立,并在此基础上展开对曝气控制过程的相关研究。综合理论模拟结果与工程实际经验,在好氧池DO的控制方面,可以将其控制在1.5～2mg/L即可实现水质达标和曝气节能的双重目的。通过串级控制策略实现根据出水NH3-N浓度来控制曝气池的DO浓度,该控制策略使得对曝气池DO浓度的控制更加贴合实际需求。模拟结果显示,在利用串级控制策略之后,污水厂好氧池日均曝气能耗可降低约6.6%。