通过对包头市北郊污水处理厂工艺现状的分析,提出了二期扩建工程的工艺优化和设计方案。研究表明:2007年—2009年,在进水氨氮负荷持平或略有降低的情况下出水氨氮浓度略有上升,近2年的超标率为100%,说明工艺的处理效率有所下降。曝气池对氨氮的去除率低,只有9%～10%。通过分析各断面的氨氮浓度、沿程溶解氧和污泥活性,认为是过低的溶解氧浓度、较短的泥龄、硝化细菌所占比例低等因素的共同作用导致了出水氨氮超标。在二期扩建工程中,建议好氧区的溶解氧浓度呈递减分布,通过模型模拟得到好氧区的实际需氧量为40420kg/d,总需气量为40924m3/h。污水厂稳定达标(尤其是氨氮)和节能减排是最迫切需要解决的技术难题,而生物工艺优化控制系统可以实时调整工艺运行参数,满足达标排放要求,并可节省曝气费用为43.2～129.6万元/a,节电为(153.3～459.9)×104kW.h/a。