为了解决日益严重的水污染，我国修建了大量的污水处理厂，其中氧化沟工艺由于其运行稳定，管理方便，处理水质良好得到了广泛的应用。但氧化沟工艺也同样存在着一些不足：运行能耗较大；沟中污泥浓度较高，容易发生污泥沉积，导致工艺有效处理体积减小。因此，氧化沟中的水力学特征，不仅仅影响到污泥以及溶解氧的分布，同时也会对其中发生的生化反应以及相应的氮、磷等水质指标产生一定影响。随着计算机技术的发展，水力学模型及水质模型成为研究污水处理厂运行及优化的低成本及高效的重要研究手段之一。本论文以平顶山污水净化厂二期工艺中的改良型卡鲁塞尔2000工艺作为研究对象，在课题组前期开展的模拟及优化运行的基础上，使用计算流体力学方法对氧化沟中的污泥浓度分布以及溶解氧浓度分布做了研究，并在此基础上对生化模型与水力学模型的耦合研究进行了探讨。论文主要研究内容包括：（1）构建氧化沟液-固两相CFD模型，对氧化沟流场及污泥浓度分布进行了模拟结果表明，两相流固-液两相流模拟结果与实测的数据与单相流的模拟结果相比较模拟精度更高，平均相对误差由单相流模拟的8%降低至5%。针对现有运行条件下易发生污泥的情况，提出了优化工艺，氧化沟段中易于发生污泥沉积的底部污泥体积分数由之前的0.260降低至0.258。（2）构建了气-液-固三相模型，对氧化沟溶解氧分布进行了模拟使用了用户自定义标量对溶解氧的分布进行模拟，虽然比较适合对多组转碟存在的表面曝器进行溶解氧模拟，但不可避免的做了一定程度的简化，标量对氧化沟中的液相不存在影响，而在实际运行中气体物质对于流场的形成有一定的影响作用，将模拟的结果与实际结果进行了对比，与实测结果对比误差在11%。（3）活性污泥模型ASM1生化模型与CFD水力学模型耦合研究，对氧化沟的水质指标进行了初步模拟使用自定义传输方程对各组分物质的分布进行了模拟研究。初步模拟结果误差较大，但表明了CFD水力学模型与ASM生化模型进行耦合研究的可能性，为下一步污水处理厂的系统模拟研究打下了基础。污水处理厂虽然为改善我国的城市水环境做出了很大贡献，但是在现有的污水处理厂的基础上如何提高污水处理厂运行效率、降低能耗、降低运行成本是下一阶段的重要课题。本论文开展的实际运行氧化沟工艺的水力学模型及活性污泥模型的耦合研究为污水处理厂的优化运行提供了理论依据，同时对于其他污水处理工艺的运行也均有一定的参考价值。