可持续发展战略是我国社会经济发展所秉持的基本宏观战略，在当前世界能源储备短缺、能源消耗与日俱增的大背景下，节能降耗已成为我国各行业发展所必需遵循的基本原则。污水处理厂作为城市污水处理的主要载体，数量众多，其能耗总量巨大，因此对污水处理厂节能降耗进行研究是十分必要的。活性污泥系统中曝气能耗占污水处理厂总能耗的40-60%，是污水处理厂节能降耗的首要目标。本文围绕污水处理厂曝气系统节能降耗控制策略和相关的关键问题展开研究，主要包括三方面内容：1、以序批式活性污泥小试系统(SBR)作为试验对象，研究曝气过程中，污水处理各指标的变化规律，提出了以溶解氧(DO)-氧化还原电位(ORP)双参数控制的曝气系统曝气量控制策略；2、探究了连续流活性污泥小试系统中ORP变化规律，探讨了将ORP作为连续流活性污泥系统曝气控制参数的可行性；3、探究了移动床式生物反应器(MBBR)工艺中填料强化氧传质的影响，为该工艺相关参数的优化提供参考。DO-ORP作为曝气控制参数在序批式活性污泥系统中的应用的研究结果表明：（1）DO在系统运行过程中的变化规律为首先进入低值平台期，而后迅速上升，最终稳定于某一高值。ORP变化规律则是首先呈下降的态势，当污水中的有机物被消耗殆尽后，系统的ORP迅速上升直至稳定，ORP变化整体呈V字形。pH在系统运行时首先呈上升态势，而后，随着硝化作用的深入进行，逐步回落。（2）将系统DO和ORP整体变化进行拟合，其对应方程阶数低、R2精度高，拟合方程与实际对应值拟合度较高，系统的运行过程可以通过拟合公式反映并做出预判；根据DO值以及ORP的MSC值相结合共同提出针对该SBR系统曝气的节点控制策略。连续流活性污泥小试系统中氧化还原电位变化规律研究结果表明：（1）在连续流活性污泥系统中，水质条件复杂，水质波动较大，DO和ORP在数值上没有直接的正反比例关系，因此不能将ORP作为溶解氧的辅助参数，而是需将两者作为各自独立的参数分别对系统进行控制。（2）稳定活性污泥系统中温度对氧化还原电位的影响较小。而DO受到温度的影响较为明显。MBBR工艺中填料氧传质效率影响的试验研究结果表明：（1）清水测试中，填料投加前后清水中的氧转移效率提升了10.7%。随着填料填充率的增加，水中的氧转移系数呈现先上升后下降的变化态势，当填充率达到30%时，氧转移系数最高。（2）在混合液试验中，当投加未挂膜填料时，随着填充率的增加，水体中的氧转移系数呈现先上升后下降的变化态势，当填充率达到40%时，水体中的氧转移效率达到最大值，较未投加填料前上升了约10%。