日益严格的环保法规要求污水处理厂不断改善操作和提高排水质量指标.该文以污水生化脱氮处理过程-前置反硝化工艺为对象,研究和建立通过模型化、控制和监视等手段,达到增强污水处理厂操作性能的理论和方法.工作在国际水协会发布的典型工艺上仿真完成,内容涉及动态模拟、局部控制回路设计与评价、故障检测与诊断、模型简化、仿真软件开发等.在过程动态模拟方面,除设计典型工艺外,构造了脱碳、硝化脱氮、反硝化脱氮、脱氮除磷和氧化沟等其它五种典型工艺配置的模型和仿真软件.对于过程控制系统设计,澄清了在单元操作的耦合、二次沉降分离池的作用、入口污水的时变扰动等问题上存在的一些模糊认识.通过五类控制系统的设计、仿真和分析,评价了在不同条件下这些策略的控制效果.并针对氨氮浓度控制难度大的问题,设计了一个新控制回路,仿真表明这对降低瞬时氨氮冲击有效果.在过程监视方面,把呼吸量估计知识组合到多变量主元模型中,提出了一种新的WWTP在线监视策略.由于溶解氧消耗的多少直接与微生物活动及底料降解程度有关,溶解氧浓度检测快速,运行稳定且易维护,因此构造基于呼吸量估计的过程监视方法有显著的优势.关于活性污泥过程的建模,活性污泥1号模型可以用于工艺设计计算,控制设计需要简化或降阶的模型.该文建议采用混合逻辑动态模型,构造统一的、包括所有活性污泥反应器状态变量和二次沉降分离池状态变量在内的状态空间模型.在软件开发方面,完成了一个污水处理工艺仿真软件的设计任务.软件采用服务器/客户结构,数据采集服务器负责现场数据采集或从其它计算机收集共享的数据文件.这样把模拟计算、现场可测数据和离线理化分析数据等统一放在数据库中,使在线混合仿真计算以及构造基于过程历史数据的在线监视策略等成为可能.基于混合动态模型的预测控制设计、工业应用、控制规则库构造等问题是需要进一步深入开展研究的课题.