藻类可以吸收二氧化碳产生氧气供给好氧细菌利用进行有机物氧化,同时可以吸收污水中氮、磷等元素。若将藻类和活性污泥耦合,则可以降低活性污泥曝气所需的能耗,同时解决藻类沉降性能差、回收率低、资源浪费等缺点。本研究研究混合及曝气对菌藻系统处理废水的影响,探究菌藻耦合的可行性,同时在ASM3基础上构建菌藻共生数学动力学模型,进行敏感性与不确定性分析,研究模型参数选取对模型输出结果及敏感性分析的影响,最后基于元胞自动机构建菌藻三维数学模型,探究不同条件下菌藻共生颗粒的生长情况及微生物在颗粒内部的空间分布。首先,研究混合及曝气对菌藻反应器处理效果的影响,活性污泥驯化和藻类扩大培养后,在反应器中接种,设置不同操作条件,考察菌藻共生体系对废水中污染物去除情况及生物量变化。在此基础上,对反应器周期内溶解氧和污染物变化进行监测,分析活性污泥与藻类的耦合的可行性。结果表明活性污泥可与小球藻形成稳定的菌藻共生体系,曝气+搅拌条件下对COD去除率高达92.41%、NH4+-N去除率87.56%及PO43--P去除率为67.70%。其次,基于ASM3建立菌藻共生数学动力学模型,采用拉丁超立方抽样方法和线性回归方法,探究参数变化时,对模型输出结果、参数敏感性的影响,同时评价参数敏感性排序是否具有一致性,并采用实验室规模数据对菌藻共生数学动力学模型进行校准和验证。模拟结果表明,(4,2、(4、、、、6)、及,为菌藻共生动力学模型敏感性参数,对不同的模拟输出结果敏感参数是不同的,但敏感性参数排序在统计学上具有一致性,通过实验室规模数据校准后的模型与实验值相吻合。最后,在建立的菌藻共生数学动力学模型的基础上,耦合元胞自动机理论,构建菌藻共生三维数学模型。模拟菌藻颗粒的生长过程及其内部空间菌藻分布,并探究不同初始接种藻菌比、溶解氧及光照强度对菌藻颗粒生长及微生物空间分布的影响。模拟结果显示,藻类大多数分布在菌藻颗粒的外部,菌类大多数在聚集体内部。初始藻菌比从2:1到1:4时,颗粒模拟粒径增加了0.6 mm,颗粒中小球藻、异养菌及自养菌占有比例也有所改变。随着溶解氧含量的增加,处于颗粒外侧的小球藻含量减少,异养菌含量增加,颗粒粒径不断减小。光照强度对颗粒粒径基本无影响,只对生物量分布有一定程度影响。