西安建筑科技大学环境与市政工程学院李志华团队长期致力于污水处理厂的精细化运行管理技术研究，突破传统基于水质等物化参数管理的思路，从活性污泥微生物的活性监测和调控着手，对基于生物活性数据的事故预警、节能状态感知等方面进行不断探索。围绕这一技术，团队拥有20余项专利技术，并且污水生物处理精细化运行管理技术被生态环境部列入《国家先进污染防治技术目录（水污染防治领域）》，团队开发的系列智能化产品在陕西、山西、河北、山东、浙江、江苏、广东、甘肃、新疆、宁夏等十余个省（自治区）应用。该团队研究方向包括：污水生物处理理论与技术、污水处理过程优化与控制、物联网与大数据分析等。近日，李志华教授与中国科学技术大学俞汉青教授合作，在环境领域顶级期刊《Water Research》上发表了题为“Simultaneous evaluation of bioactivity and settleability of activated sludge using fractal dimension as an intermediate variable” 的学术论文。李志华教授为该论文的第一作者，与俞汉青教授共同为该文的通讯作者。
废水生物处理中，活性污泥的生物活性和沉降性能对活性污泥系统的运行至关重要，污水处理厂会根据不同的标准调整这些参数的变化。据研究，活性污泥的分形结构与生物活性和沉降性能之间存在着一定关系，生物活性决定了活性污泥分形维数Df可达到的上限，在其理论最大值为2.0时，无孔致密絮状物占主导地位；沉降性能决定了活性污泥分形维数Df可达到的下限，在理论最小值1.0时，自由游动的微生物占主导地位。在实践中，为了在生物活性和物理结构之间进行权衡以达到更好的性能，分形维数应控制在一个合理的值。然而，分形维数的测量是一个复杂的过程，其在线实施具有挑战性，因此，寻找一种简便的、易于测量的指标来表征和控制活性污泥的生物活性和沉降性能，对污水处理厂的运行管理具有重要意义。
本研究中发现，正常运行的活性污泥系统中，其分形维数Df处在1.07-1.68范围内。比内源呼吸速率（SOURe）和比准内源呼吸速率（SOURq）与高维平均直径之间具有较强的相关性，因此我们提出了一种以呼吸图谱作为Df的替代物来控制生物活性和沉降性的方法，外推得到了呼吸速率和Df的最大值和最小值，其中最大比呼吸速率为约为350-390mg/gSS·h，最大Df约为1.68。为了更好地控制活性污泥系统，在污水处理厂运行过程中，应权衡污泥的生物活性和沉降性能，选择合理的分形维数Df，由于Df关系到活性污泥的沉降性能和生物活性，通过物理特征到呼吸特征的转化，使得以Df作为中间变量的呼吸图谱能够对沉淀池进行生物控制。因此，利用易于测量的呼吸图谱作为Df的代表，通过调节呼吸速率在合理的范围内，可以实现同时控制活性污泥的生物活性和沉降性能。本论文的研究成果合理、准确的建立了一种基于分形维数的活性污泥物理和生物性能评价体系，该评价体系可完成对生化池及二沉池的协同运行管理，为污水处理厂的高效安全达标运行和节能降耗提供了种量化管理方法。
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