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AO工艺城市污水生化处理过程建模与优化控制研究的综述报告
随着城市化进程的加速，城市污水处理技术的研究和发展已经成为现代化城市建设的必要组成部分。污水生化处理技术以其高效、低能耗的特点，得到了广泛应用并不断得到优化。本文将对污水生化处理过程建模与优化控制的研究进行综述。

一、城市污水处理的现状

世界各国都在积极探索污水处理技术，但各国的污水处理状况差异很大。发达国家的城市污水处理率高，厌氧和好氧污泥处理技术不断发展，也越来越多地采用膜分离技术进行后处理。而发展中国家的城市污水处理率较低，处理工艺相对简单，仍然存在许多问题，如污染物去除不彻底、设施老化、管理不到位等。

二、污水生化处理技术

1.基本原理

污水生化处理技术是将有机物通过微生物的生物作用分解转化成无机物和微生物体的过程。污水生化反应主要包括生物氧化和生物脱氮两个阶段。在生物氧化阶段，通过好氧微生物的作用，将可生化有机物分解成CO2、H2O和微生物。在生物脱氮阶段，则需要通过好氧-厌氧-好氧（A^2O）生化关键技术来实现氮的溶解性去除和脱氮。

2.工艺特点

（1）与传统处理工艺相比，污水生化处理技术具有处理效果好、运行稳定、洁净污泥产率高、操作成本低等特点。

（2）针对不同的需求，采用不同的处理工艺，可以实现高效去除污染物，并且还可以通过进一步的中间水处理和后处理，将水质进一步提高。

（3）采用污水生化处理技术进行处理，能够取代热能消耗大的传统处理工艺，从而减少二氧化碳的排放量，符合现代化城市建设的可持续性发展理念。

三、污水生化处理过程的建模

污水生化处理过程的建模是优化控制研究的前提，也是保证处理效果的关键。污水生化处理过程的建模主要是通过利用数学模型和计算机模拟来控制污水处理过程。目前有很多种建模方法，如黑箱方法、白箱方法、灰箱方法和灰盒子方法等。

1.基本方式

采用数学模型描述生物过程中污染物浓度的变化和微生物数量的变化，可以得出影响生物过程的参数和指标。建模方法的基本思想是，集合一定的运动方程和反应公式，反映生物系统内离散的、可预测的、可控制的参数和状态，建立模型并进行计算。

2.建模因素

（1）模型输入，即废水的组成和进水量

（2）模型控制，即反应器温度、DO和pH

（3）反应器中的微生物种群和活性

（4）反应器内各物质和能量转换的反应机理

四、优化控制研究

优化控制始终是进一步提高污水生化处理效率的主题。优化控制的核心在于运用先进的控制策略和方法，通过在线监测、数据采集和模型模拟，对废水处理过程中的有关参数、因素进行实时调节和优化，使其达到更高的脱除率、效率和稳定性。

1.优化控制方法

（1）PID控制

（2）模型预测控制

（3）模型参考自适应控制

（4）模糊控制

（5）神经网络控制

2.控制效果

（1）提高反应器吞吐能力

（2）提高污染物去除效率

（3）降低污泥产生量

（4）针对特殊废水，实现特定反应条件

（5）源头控制，实现循环经济

综合来看，污水生化处理技术在城市污水处理中具有广阔的应用前景，但其建模和优化控制也是需要完善，只有不断地进行研究和探索，才能更好地应对城市污水治理问题，实现一个清洁、绿色、和谐的城市环境。