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A2N反硝化除磷工艺因一碳双用的特点解决了除磷与脱氮的碳源竞争矛盾,在低碳源污水的脱氮除磷方面极具应用前景。数学模型是辅助污水处理工艺研究、设计、调控的有效手段,构建A2N工艺全流程数学模型具有实践意义和理论意义。本研究基于对反硝化除磷系统生物代谢模型及生化反应动力学模型的合理简化,建立了 A2N工艺系统主要反应过程的动力学简化模型,在此基础上构建了 A2N工艺全流程数学模型,用以预测模拟工艺各反应单元出水水质。同时,在实际城市生活污水水质条件下,通过不同工况下A2N工艺运行试验对模型进行验证,模拟结果验证了模型具有较为准确的预测性。本课题研究成果主要包括以下几个方面:建立了 A2N系统主要反应过程简化数学模型,所有模型参数由动力学参数及化学计量学参数组成,均为可测组分,且具有识别性;动力学参数包括:kCOD-y、KCOD-N、KNO-N、bN、YO-N、KPHB-q、klim-q、kPHB-H、kPP-H、kCOD-H、kNO-H、bzr-H、YO-H;化学计量学参数包括v(P,COD)-y、v(P,PHB)-y、v(PHB,PP)-q、v(PHB,NO)-q、v(PHB,PP)-H,所有估计出的模型参数为模型应用的基础。(1)通过静态试验获取反硝化聚磷过程主要模型参数;在稳态条件下物料衡算方程估计出动力学参数和化学计量学参数;不同温度条件下,借由Arrhenius模型估计得出简化动力学模型参数,由释磷、聚磷试验数据估计得出化学计量学参数。(2)基于质量守恒定律和Takacs沉速模型,建立了一维沉淀池模型,用以模拟沉淀池底部污泥浓度,并运用MATLAB ode45命令求解,沉淀池污泥浓度变化规律能通过所建沉淀池数学模型得到较好拟合。(3)为获得模型参数估计及模型验证的基础数据,构建A2N试验装置,连续运行,结果表明:A2N系统稳态阶段,工艺最为适宜运行参数为:厌氧、硝化、缺氧、后曝气反应单元的水力停留时间HRT分别为3h、6.5h、4.5h、1.5h;回流比R1、R2相同为0.28～0.32;温度为19～22℃。此条件下,基于A2N工艺试验结果对模型进行验证,构建的数学模型对反硝化除磷效果具有较好的预测性,COD、PHB、总磷、氨氮、硝酸盐、总氮的模拟误差分别为:6.16%～11.59%、8.64%～11.30%、1.73%～13.01%、7.18%～11.21%、6.42%～16.42%、6.52%～14.06%。(4)基于A2N系统主要反应过程简化动力学模型、计量学关系及一维沉淀池模型,利用物料平衡原理,构建A2N工艺全流程数学模型,主要包括A2N系统各反应单元COD、PHB、总磷、氨氮、硝酸盐、总氮组分的物料平衡方程组。在HRT、回流比、温度三个影响因素下,以连续流A2N系统稳定阶段运行试验数据,模拟各反应阶段各组分出水浓度值,对构建的A2N模型进行验证。结果表明,模型的模拟值与试验实测值吻合度较好,变化规律能够得到准确地模拟。A2N总水力停留时间为15.5h、12.3h、10.3h条件下,所建A2N工艺数学模型模拟误差范围分别为:COD 为 4.28%～12.64%、PHB 为 6.34%～11.30%、总磷为 1.73%～13.01%、氨氮为3.57%～11.43%、硝酸盐为3.91%～16.42%、总氮3.99%～14.06%;不同回流比条件下(R1=R2分别为0.2、0.3、0.4),模型模拟误差范围分别为:COD为3.80%～11.59%、PHB 为 3.99%～14.14%、总磷为 1.73%～13.15%、氨氮为 3.84%～11.21%、硝酸盐为2.03%～16.42%、总氮为 3.77%～14.06%;不同温度条件下(5℃、20℃、30℃),模拟误差范围分别为 COD为3.13%～11.59%、PHB为4.91%～12.94%、总磷为1.73%～16.16%、氨氮为 2.36%～11.21%、硝酸盐为 2.16%～16.42%、总氮为2.37%～14.06%。模型模拟值与试验浓度值的误差,主要包括模型预测误差与试验分析误差,各可测组分的误差均在一个较低的范围内,数学模型较为合理。