我国水环境问题日益突出,污水处理厂的排放标准也日趋严格。这对污水处理厂的运行管理提出了更高要求。本研究开发了一种在线呼吸速率仪,可支持污水处理厂的运行管理。该仪器基于开放式好氧呼吸速率测量方法,连续测量微生物接触污水处理厂进水后的呼吸速率,可评价进水对活性污泥的抑制作用、进水的负荷波动特征等。本研究首先讨论了基于开放式反应器的呼吸速率连续测量方法,建立了呼吸速率连续测量的数学模型,并给出模型关键参数的估值方法,如饱和溶解氧（DOs）、氧传质系数(K_La)和平衡态溶解氧(DO_bl)等。然后,采用载体生物膜代替常见的活性污泥,设计并开发了在线呼吸速率仪,实现自动连续测量呼吸速率和参数估值。改进了数据预处理算法,采用指数滤波方法（系数α=0.7）。研究了模型参数影响因素,确定了DObl的温度表达式。第三,现场调试和优化了在线呼吸速率仪。在北京某污水处理厂现场,研究了载体数量、进水流量和曝气量等参数对呼吸速率的影响,确定较优的运行条件为载体数量15颗、进水量380 m L/min、曝气量5 L/min。最后,实际应用和验证了在线呼吸速率仪的工程性能。通过与污水处理厂的进水水质数据比对,确认了在线呼吸速率仪能快速响应进水COD浓度波动,可与进水水质仪表配合,指示进水对微生物的抑制影响。在此基础上,提出了基于呼吸速率的工艺优化控制策略。