在众多的污水处理工艺中,活性污泥法凭借其较好的处理效果和方便的运行管理,在城市污水厂中得到广泛应用,但是活性污泥法的设计运行水平还非常依赖于经验.该课题的研究目的就在于建立一个城市污水厂简单、实用的活性污泥数学模型,确定典型生活污水的水质特性和模型参数,促进活性污泥数学模型在中国的研究和应用.该文在国内外活性污泥数学模型研究的基础上,深入系统地研究了活性污泥工艺的生物反应机理,建立了活性污泥系统的综合数学模型.综合数学模型包括两个子模型,即生物反应系统模型和二沉池分层沉淀模型.生物反应系统模型包含10种组分,分别为:溶解性易降解有机物、溶解惰性有机物、颗粒慢速降解有机物、颗粒惰性有机物、异养菌、自养菌、溶解氧、氨氮、硝态氮和碱度.系统中的各种组分通过微生物的生长与基质利用、微生物的衰减和不溶基质的水解等过程进行迁移和转化.该文对5个反应过程均提出了速率表达式,进行了适当的定量描述,并采用了直观的矩阵形式表达.生物反应系统模型包含4个化学计量系数,分别为:异养菌产率系数YH、自养菌产率系数YA、微生物细胞中氮含量比例ixB和微生物中惰性颗粒比例fI,此外还包含8个动力学参数:异养菌半饱和系数Ks、自养菌的氧气半饱和系数KoA、自养菌的氨半饱和系数KNH、自养菌最大比增长速率μmA、异养菌最大比增长速率μmH、自养菌的衰减系数bA、异养菌的衰减系数bH和最大比水解速率Kh.合理地确定这些模型参数是数学模型成功应用的关键之一.对模型参数的灵敏度分析表明,有一半以上的参数取值对模拟结果不敏感,从而可以降低模型应用时对这些参数取值的要求.二沉池是活性污泥工艺中一个不可缺少的组成单元.该文在总结文献研究的基础上,应用固体通量理论,建立了二沉池分层沉淀模型.废水特性分析是模型应用于实际污水厂的前提和基础,该文较为全面的探讨了废水特性的测定理论及方法,针对实际的生活污水进行了试验研究和测定.分别采用间歇呼吸计量法、单段呼吸计量法和物化法对废水中溶解性易降解有机物进行了测定,并对三种方法的测定结果进行了对比.随后又采用呼吸计量法、物化法、物料平衡法及常规分析方法对废水中其它组分进行了测定,详细分析了曲阳污水厂的水质特性.模型中化学计量系数、动力学参数也是模型应用的关键,该文采用不同的方法对几个主要的参数进行了测定,得出了各参数的变化范围,并详细分析了参数测定过程中的影响因素.最后该文使用建立的活性污泥系统综合数学模型对实际污水厂的运行进行了稳态和动态模拟,得出了较好的模拟效果.