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随着国家对污水处理排放标准日趋提高,深圳市要求污水厂提标改造后出水污染物达到地表水准IV类标准。AAO-MBR工艺因占地面积小、出水水质优良等特点被应用于提标改造工程中,但工艺优化仍有待研究。传统的“小试-中试-应用”研究方式耗时长成本高,而数学模型能够指导实验设计和运行管理,提高效率。本研究模型模拟和小试实验相结合的研究方式,利用Biowin软件开展AAO-MBR工艺模拟,研究相关参数对于工艺运行的影响,为AAO-MBR污水厂提出工艺运行优化方案。根据AAO-MBR工艺污水厂的实际运行工艺,在Biowin软件平台构建数学模型,测定了碳氮磷各进水组分参数,其中可快速降解COD占总COD的21%,氨氮占总凯氏氮的74%,溶解态磷占总磷的73%。经模型进行灵敏度分析,筛选出6个对模型输出有较大影响的参数:氨氧化菌最大单位生长速率、异养菌好氧衰减速率、异养菌反硝化中N2的产生菌、内源呼吸残留物中磷、异养菌产率系数（好氧）、异养菌产率系数（缺氧）。经过校正,模拟值与实测值的相对误差控制在10%以内,说明模型能够准确模拟AAO-MBR工艺。基于模拟研究,开展了小试验证实验。采用单因素分析方法,研究了相关参数对AAO-MBR工艺运行的影响,结果表明:模型可以良好预测工艺的运行情况,回流比、回流方式以及分段进水对系统出水COD、NH4+-N的水质影响不大,对系统出水TN、TP有一定影响,当回流比从400%降低到300%、增加硝化液内回流（外回流比为200%,内回流比为100%）、设置分段进水比为1:1时,系统的脱氮除磷效率得到提升,可达到地表水“准Ⅳ类”标准。基于小试实验和污水厂的实际运行数据,综合各因素分析后提出对污水厂的工艺优化方案,并进行了模型模拟:分段进水配比设置为1:1,将污泥回流比设置为200%,硝化液内回流设置为100%,出水COD、NH4+-N、TN、TP的浓度分别分为18.22 mg/L、0.14 mg/L、6.60 mg/L、0.21 mg/L,均可达到地表水“准Ⅳ类”标准,TN的去除效率提升21%。工艺优化后的膜池污泥浓度范围在8000～10000mg/L,处于对膜污染影响较小的范围,依次采取水力清洗、酸洗、碱洗的措施,膜通量的恢复程度达98%。