我国的污水处理厂建设正处于快速发展阶段,但是相对于不断增加的水量和复杂多变的水质,污水处理厂在工艺和的管控方面已经表现出不足。本论文通过对大量城镇污水处理厂管控现状进行实地调研并开展了为期一年多的现场实验,完成了智慧污水处理厂和生化处理管家系统两项内容的设计。设计融入了“物联网”和“环保管家”等概念,既包括了对已有技术的整合也包括对新模式的探索实验,最终要实现提升城镇污水处理厂智慧化管控水平的目标。智慧污水处理厂架构设计方面:首先,以辽宁省城镇污水处理厂为例,对运行管控的现状展开调研;然后,通过查阅文献资料,了解了国内外先进技术,明确了我国城镇污水处理厂运行管控现状和存在不足;最后,借鉴国内外的研究成果和本课题组前期的研究成果,完成了智慧污水处理厂的架构设计。智慧污水处理厂的架构由六个模块组成:运行监管模块、设备监管模块、化验监管模块、信息管理模块、智慧控制模块、管家APP。其中管家APP是智慧污水处理厂架构设计的重要组成部分,可借助于无线互联网技术实现自动控制与人工操作之间的互动。本论文明确了管家APP设计的目标与原则、完成了显示设计和操作设计。生化处理管家系统设计方面:生化处理管家系统是智慧污水处理厂的重要组成部分,它的实现将大幅提高污水处理厂的智慧化水平,响应程序是:信息感知层-网络通信层-信息存储层-核心知识层-智慧应用层。其中,“核心知识层”是智慧的体现,拥有知识驱动、自维护、模拟优化等能力。最后,本研究将极限学习机(ELM)应用于“核心知识层”。通过实验,实现了对AAO工艺内、外回流比的优化控制,证明了极限学习机应用于生化处理管家系统的可行性。