城市污水处理厂的优化设计中存在着诸多的不确定性因素。因为传统的优化设计模型很少考虑不确定性因素的影响，故产生的设计方案对于实际系统来说并不是最优的。因此，在城市污水处理厂的优化设计中对不确定性因素进行有效的考虑，对于建立低灵敏度系统，提高最优解的工程实用性有很大的意义。 论文总结了国内外学者在该领域的研究成果，对污水处理厂设计和运行中的主要问题及优化设计中的不确定性作了较为详尽的分析和论述。首先，针对污水处理工艺方案选择中的随意性和不确定性，建立了结合层次分析法的模糊灰色耦合模型，为有关部门及其领导提供辅助决策分析的工具。其次，对于高度非线性的城市污水处理厂区间数优化设计模型，若采用传统的方法求解，不仅计算繁琐，且难以有效地寻找全局最优解。论文通过引入遗传算法，与传统的步长搜索法结合，大大提高了问题的求解效率。通过实例的应用验证了该法的有效性。再次，针对模型参数的不确定性，采用典型的Lawrence-McCarty模式(即泥龄法)对活性污泥系统进行优化设计，对模型参数在最优点进行了灵敏度分析，考察了进水负荷、曝气池生物动力学参数、氧气转移效率及相关参数和二沉池的浓缩常数对系统优化设计的影响。最后，在活性污泥系统灵敏度分析的基础上，将质量控制工程中的稳健设计概念引入，阐述了基于灵敏度分析的活性污泥系统的稳健优化设计的基本数学框架以及求解方法。