水处理单元过程最优化设计是用最优化的原理和方法设计出效率最高、费用最小、能源消耗最小的水处理单元过程。包括确定单元过程的操作方式、运行参数和设备基本尺寸等。通过单元过程的最优化研究可以了解过程本身的特性和影响音色并为大处理系统提供优化设计基础。优化设计的基本方法是选择并确定目标函数，建立过程性数学模型，确定设计变量的约束，求解最优方案。国内外对某些水处理单元过程的优化设计已进行了和正在进行深入的研究。2100433B

用最优化的原理和方法设计出效率最高、费用最小、能源消耗最少的废水处理单元过程。废水处理单元过程设计包括确定某一单元过程的操作方式、运行参数和有关设备的基本尺寸等。在对较复杂的大型污水处理厂运用“分解-协调”方法进行最优化设计时,单元过程就是处理厂这个大系统中的子系统。通过单元过程的最优化研究可以了解单元过程本身的特性和影响因素，并有助于大系统的最优化设计。

最优化设计的基本方法是：选择并确定目标和过程特性的数学模型，确定设计变量的可调范围，运用一定的方法求解最优方案。

要建立定量描述某一单元过程主要特性的数学模型，首先要研究建立为确定单元过程内部定性关系的结构模型，然后再研究建立定量表达各状态变量和设计变量之间相互关系的定量模型。定量模型一般包括两个内容:污水的流动状态模型和污染物反应变化的反应速率模型。这两种模型可以通过理论分析、经验归纳和实验分析相结合的方法建立。把它们同目标函数和费用函数结合起来,就可以推导建立起单元过程最优化的数学关系式。再采用适当的最优化方法来确定设计变量的最优解，从而作出单元过程设计。具有代表性的单元过程最优化研究实例如下。2100433B

用最优化的原理和方法设计出效率最高、费用最小、能源消耗最少的废水处理系统。它是系统工程在解决环境问题方面的一种应用。

以常用的完全混合活性污泥法废水处理系统为例，这种系统是由“废水处理”和“污泥处理”这两个子系统组成的。前者有初次沉淀池、曝气池、二次沉淀池、循环泵、污泥泵、机械曝气等构筑物和设备；后者有污泥浓缩池、消化池、 真空过滤机、 初次污泥泵、浓缩污泥泵和污泥最后处理等过程和设备。长期以来，对上述系统都是按传统的经验方法设计的。20世纪60年代出现的一种“合理设计”法，采用定量的过程数学模式和实验决定参数的方法进行废水处理系统的设计。与此同时，开始进行各单元过程和总系统最优化设计方法的研究，目前已经提出了一些方法和计算机程序，正在逐步实现污水处理厂的最优化设计。由于最优化设计依据系统内各单元之间的定量关系，使整个系统达到最优目标，所以比传统设计经济合理。