随着污水管网的全面覆盖,污水收集量逐渐增加,国家对水环境的关注力度加大,污水厂出水指标以及处理水量不断提升,实现污水厂高效、稳定运行,同时减少运行成本已成为当代污水厂设计改造的首要目标。传统污水厂改造模式往往建立于设计人员的经验,随意性较大,花费时间长,消耗费用大,并且无法预测未来可能面临的风险。全流程分析可以更有针对性的提出优化改造关键点,减少多余的测试和盲目的改造;同时,污水处理数学模型作为一个新兴工具,可以模拟污水厂的运行,更省时省力的解决现状面临的问题,并能够有效防范未来面临的风险。本论文结合全流程分析及数学模型模拟,利用BioWin软件对联合污水处理厂进行现状分析并构建模型,确定最佳运行工况,确定该厂优化运行改造方案以达到出水新要求。通过对污水水厂历史进出水水质水量的调查分析,发现污水厂进水负荷约为70%,并有稳步上升的趋势,污水厂进水悬浮物颗粒偏多、碳源不足,可生化性一般,这是导致出水各项指标超标的主要原因。出水COD、SS、NH3-N、TP都有一定的超标风险,而TN虽满足出水指标,但仍有可下降的潜力尚未被激发。为进一步了解污水厂各工艺单元处理效果,在每个功能区进行布点取样,工艺全流程分析结果表明该污水厂厌氧段对DO的控制一般,未能营造一个良好的厌氧环境,而且活性污泥中聚磷菌丰富不高,单是生物除磷无法满足对磷的去除率,需结合化学除磷,且由于进水可利用碳源不足,聚磷菌释磷效果较差;缺氧池反硝化菌群活性较高,若提供足够的碳源,可以良好的进行反硝化作用;好氧池中溶解氧控制不高,污泥活性欠佳,导致污泥硝化速率较低,COD与氨氮不能被有效去除。综合上述分析,确定好氧池DO、内外回流比、碳源的投加量、除磷药剂的投加量以及粉末活性炭对COD的去除是本次优化改造方案的关键点。采集污水厂各构筑物参数、工艺参数,利用BioWin软件构建污水厂活性污泥模型。通过参考文献的查阅以及相关经验值,结合部分试验,确定模型进水污水组分并对模型进行初始模拟,模拟结果误差较大。采用敏感性分析的方案校准模型,调整模型参数。调整后模型拟合度较高,稳态模拟相对误差小于10%,动态模拟误差小于20%,可利用其进行情景化分析。采用复合因素分析法,利用校正后模型,针对所提出的优化关键点进行模拟,确定该污水厂最佳运行工况:好氧池DO为2.50mg/L,内回流比为200%,外回流比80%,在缺氧池前投加碳源药剂,药剂使用乙酸钠溶液,投加5600～6400L/d,除磷药剂投加量为40mg/LPAC。同时,提出该污水厂工程改造方案:增设粉末活性炭投加装置,保证出水COD达标;对机械过滤器进行维修,保证SS的去除率;将人工投药改为自动投药装置,提前预测投加量,灵活机动,保证对TP的去除;增设碳源投加装置,提供污水厂脱氮除磷所需碳源量。整个优化改造方案投资约356.22万元,新增运行成本约0.58元/吨。经运行方案的优化以及工程改造的完成,通过对该污水厂出水水质的持续监测发现,该污水厂出水现能够稳定达到苏州特别排放限值的新要求,出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TN 及 TP 去除率可达到 90.5%、94.9%、96.0%、94.6%、83.5%以及 92.3%。该论文研究内容及研究方法能给同类型需优化改造污水厂提供一定的指导及借鉴意义。