废水生物处理在水生态系统的富营养化控制中已经发挥了至关重要的作用，但是在出水水质和运行成本两方面仍然存在一些有待解决的问题。其中，前者主要是氮磷出水超标，后者主要是能耗较高。如何通过工艺系统运行控制策略的调整和优化在这二者之间达到良好的平衡，是一个重要的课题。目前，氧化沟工艺已经在我国城市污水处理中得到广泛的应用，由于该工艺独特的水力学特性和曝气方式，对其进行运行控制策略的优化研究具有极其重要的现实意义。　　 本研究基于贝叶斯推论方法构建了污水处理系统的数值模拟平台，用于氧化沟系统的模拟与工艺优化研究。基于所构建的氧化沟工艺模拟平台，采用国际水协活性污泥模型ASM2d分别对深沟型和浅沟型氧化沟工艺在当前动态运行条件下的脱氮除磷性能进行了数值模拟，并使用贝叶斯统计推论方法对重要模型参数进行了估计与校正。模拟结果表明:经贝叶斯推论方法校正后的氧化沟模型可靠，能够用于进一步的工艺优化研究。　　 根据动态模拟的结果，本研究对浅沟型氧化沟工艺系统进行了动力学分析，针对除磷系统和脱氮过程进行了平衡分析，结果表明:氧化沟内反硝化除磷对磷的去除有重大贡献，在系统中占主导地位。同时，曝气转刷的水力特性形成的溶解氧空间分布使氧化沟的曝气区存在显著的氧限制条件，实现了同步硝化反硝化和除磷。　　 在对氧化沟工艺系统进行数值模拟的基础上，本研究选取曝气能耗、污泥产量以及出水水质超标率作为评价指标，提出无量纲的综合成本指数和综合效能指数，用于氧化沟污水处理系统的工艺评价和运行控制策略的优化研究。基于所提出的评价指标与综合指数，对工艺的曝气系统调控策略和剩余污泥排放策略进行情景分析，提出高效能低成本运行的优化调控方案。　　 通过情景分析，提出浅沟型氧化沟工艺的优化运行策略为:3～10月温度高于15℃时运行8台曝气转刷，其余时间段运行10台曝气转刷，同时剩余污泥排放量控制在250m3/day。优化策略能够使出水NH4-N和TN的超标率分别低于5％和2％，保证出水TP的持续达标，与基准运行策略相比，在改善出水达标率的同时，可以节省曝气能耗约12％，降低污泥产量约2％。深沟型氧化沟工艺的最优运行策略是:运行5台曝气转盘以“111100100”模式运行用于曝气系统的控制，同时将剩余污泥排放量控制在200m3/day。最优运行策略能够实现NH4-N和TP的出水超标率分别低于10％和30％，曝气能耗削减46％，而污泥产量不会显著增加。另外，对深沟型氧化沟工艺不同曝气调控策略进行动力学分析，结果表明:对曝气系统控制策略的调整，实质上是改变了氧化沟内缺氧/好氧的水力停留时间、供氧量的分配和溶解氧的空间分布，导致关键过程动力学行为的改变。