随着我国环保事业快速发展,污水处理任务日益增多,人们开始关注污水处理效率和能耗问题。为了提高污水治理水平和实现节能环保,使污水处理的总效益最大化,需要对污水处理厂活性污泥工艺进行优化。本研究从节能降耗和提质增量两个方面,探索了对污水处理厂活性污泥进行工艺运行优化的可行性。首先模拟污水处理厂耗能最大的曝气系统测定氧总转移系数KLa进行评价,对曝气系统的运行效率的提高,实现污水处理厂的节能降耗具有重要意义。通过实验室改变曝气系统的曝气气量、搅拌强度、模拟曝气设备被堵前后等变量,测定曝气系统中溶解氧值的变化情况,计算对比改变变量前后氧总转移系数KLa的差别。研究结果表明:堵塞设备曝气前的KLa（20℃）比堵塞后高;随着搅拌强度的提高,KLa（20℃）逐渐增加,之后增加速率变慢,若继续提高搅拌强度,曝气系统的KLa（20℃）提高效果反而不显著;KLa（20℃）值随着曝气气量的增加呈线性增加趋势。然后使用污泥性能在线监测系统实时监测污泥水体中溶解氧DO浓度值的变化并计算呼吸速率,实时在线评估生化污泥活性,保证系统中氧气消耗的有效性,能提高污水处理能力,降低生化系统的过度的能源消耗。通过在线测量活性污泥的内源呼吸速率Ren、实际呼吸速率R、最大呼吸速率Rmax和硝化活性RA发现,Ren稳定在8.42 mg/L附近;活性污泥的R曲线特征与Monod方程中微生物增殖速度与底物浓度的关系描述曲线趋势一致;呼吸速率达到最大时,原水中基质和MLSS的比值L＞0.005。以ATU为硝化抑制剂测得活性污泥的硝化活性与理论耗氧量较为接近,监测结果有效,可以用来验证使用在线监测系统测量硝化活性的准确性。随后简化活性污泥3号ASM3模型,,忽略异养菌及好氧菌的反硝化过程,仅研究好氧菌的好氧硝化过程,校正污泥在硝化反应过程的动力学参数。实验校正出的硝化细菌的饱和常数和产率系数均大于典型值,利用校正值估测进出水氨氮浓度接近测量值。通过快速在线估测污水处理厂反应器内的进出水氨氮浓度,可判断污水处理厂活性污泥反应器进水负荷大小及是否处于正常运行状态,及时做出调整,使其在最佳状态下工作。最后使用水力旋流器对二沉池污泥进行优化,既可实现生化系统的稳定运行,又可增加活性污泥系统的污水处理量,在显著增加污水处理厂经济效益的同时降低了深度处理的难度。通过对比旋流前后污泥固体量、污泥浓缩倍数、污泥的沉降性能、污泥的活性等指标的变化,发现旋流后底流污泥浓缩倍数增大,污泥体积指数SVI降低,经旋流处理后再次曝气也不会引起沉降性的变化;旋流后底流污泥MLVSS/MLSS、比呼吸速率SOUR均增加,且底流污泥成团现象明显,菌胶团多于进口,旋流后底流污泥活性变好,沉淀性能得到改善。通过对比旋流前后微生物菌群发现,经旋流后底流污泥的沉降性能、活性、降解污水中污染物的能力较旋流前均有所提升,将底流污泥回流至生化段能提高生化系统的沉降性能和污水处理效果。研究结果肯定了水利旋流技术应用于分选二沉池污泥的可行性。