水电之家讯：邱勇:清华大学环境学院助理研究员，主要从事污水处理工艺优化运行、活性污泥系统模型与模拟、污水处理工艺自动控制技术等方面的研究，曾多次参与或负责国家重点科研项目的课题，并取得丰富的学术成果。
2014年是活性污泥法诞生100周年，业界组织了许多纪念活动。通过回顾100年来水处理技术持续发展的历程，我们可以看到研究成果非常丰富、实际应用差强人意，要求我们在奋力前行探索前沿时，更要脚踏实地解决沉疴痼疾。本次推荐一篇总结活性污泥法优化设计和运行方法的文章，希望能促进大家对研究成果如何落地的思考。
论文的第一和通讯作者是法国洛林大学化工系的RainierHreiz。作者认为从经济和环境的角度看，工程师有必要使用动态优化工具来确定设计运行参数，从而提高活性污泥法的处理效果。但是，在实际工作中，工程师往往对优化结果甚至真实的趋势缺乏信心。于是，作者总结了近年来的工艺优化设计成果，讨论了上述原因和解决方案。
所谓优化，就是设定目标函数和约束条件，通过数学方法求解得到最优结果。由于污水处理工艺存在经济、运行和环境等不同的运行目标，可以使用多目标优化（MOO）得到帕累托最优边界，也可以使用权重系数进行单目标优化（SOO）。下图展示了运行成本与处理效果的帕累托曲线（红色），代表了工艺优化的极限。
译者注：实际方案（蓝色）的优化目标应该是曲线的AB段，这样可以较少的投资增量获得更多的处理效果提升。
对于优化计算结果难以令人信服的问题，作者分析认为主要原因有目标函数不准确、进水特征无法准确描述、复杂生物反应过程的模拟不够准确等，因此从以下方面进行了讨论。
1、如何考虑模型预测和工艺数据的差异？
模拟结果与工艺数据有差异是常见的现象。比如，ASM和Takacs模型较为常用，但是参数多且难以确定，因此多数情况下只能采用默认参数，此时的模拟结果只能代表趋势而不能精确预测。为了控制这种差异，一般需要用观测数据来校准模型参数；或者通过敏感性分析确定需要校准的参数（其他选用默认值）。
2、如何处理难以预测的进水特征变化？
由于基于动态进水的优化结果比稳态更安全，因此需要观测和确定进水水质水量的时间变化特征。由于动态进水特征的观测和预测比较困难，因此很多场合不得不采用长期平均值作为输入条件。如果采用稳态进水来计算构筑物参数时，就需要验算各种不利条件（如冲击负荷）或者采用安全系数，此时更好的办法是采用多目标优化。
3、如何判断活性污泥工艺的可控制性？
活性污泥工艺的控制方法可以大致分为开环控制和闭环控制。开环控制直接计算优化控制条件和实施动作，而反馈控制则比较实际效果与控制目标差异来进行调节。反馈控制要更可靠一些，比如有人研究了在线优化控制（RTO），通过在线仪表实时计算当前状态下的优化参数，然后输出控制调节。
4、如何模拟活性污泥的长期变化过程？
在长期运行过程中，活性污泥工艺状态特征会发生变化，因此基于短期或启动时期数据形成的优化方案，并不能一直适合长期运行。一种办法是在优化时就采用长期数据，此外还可以多次循环模拟来表现研究长期影响。
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污水处理知识篇：活性污泥技术资料浅析
污水处理知识篇：关注污水处理行业怎能不了解活性污泥？
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