一、学术研究
（一）背景知识及研究意义
城市污水的处理与复用技术已经被视为挑战性的任务，主要原因：
1．为适应脆弱的水生态环境，排放指标日益严格广泛；
2．各国城市化的步伐加快，污水处理厂的改扩建任务持续；
3．处理污水的工厂按加工量和分布而言是世界上最大的工业；
4．污水流量与组成表现出激烈的时变特征，属于非稳态流体；
5．属于公益性行业，投资建设规格有限；
6．多变量耦合、非线性、时变性、不确定性、多尺度、控制能力弱等过程建模和控制中的难点问题均在此集中体现。
人类对生存环境和健康问题的关注比过去任何年代都更为强烈。这种源自生存危机的驱动力，无疑将激发科技工作者研究相关系统的控制问题，关于集成化城市废水处理监控问题的研究就是其中之一。处理后的污水再生和复用也为这类非利益直接驱动的行业提供了减低成本的机会。这是人类生存和可持续发展的需要，水生态环境系统控制薄弱的现状,为过程控制向这一领域拓展提供了空间。
（二）、主要要求内容
研究方向之一：集成化城市废水处理系统的监控技术
在欧盟从2000年开始用35年的时间实施Water Framework Directive环保法规后，把污水处理纳入整个城市或地区水资源系统中全面考虑，按地下水、表面水和城区河水体的可接纳能力，借助城市排污管网的缓存能力以及城市污水处理资源，实施集中监控呈现必然趋势。
我校充分利用在机理、工艺和装备特性等的多学科优势，从以下三个途径展开研究工作
1．利用数字仿真研究复杂非平稳混杂生化反应的动力学系统的行为特性
依据国际水协会（IWA）发布的过程标准代码（1-3号活性污泥模型、1号河流水质模型、1号厌氧硝化模型等），研发基于国际通用CAPE开放协议的计算机仿真平台。以此为基础深入探索复杂多尺度非线性过程的数值计算、模型降解、控制设计、全局动态优化策略等学科前沿问题。
2．实验装置验证
污水生化处理效果强烈依赖现场环境，数值模拟结果必须经过中试检验，为此我们自助建成了国际上第一套开展集成化城市污水处理过程模拟研究的试验装置。该装置由以下8套小型试验装置组成，配备了先进的分析仪器和计算机数据采集控制系统。这些装置既可以单独使用完成某些专项试验任务，也可以组合在一起，模拟一座城市的整个污水集输-处理-排泄过程，即考虑把污水集输管网、工业废水处理、污水处理厂、河流河床水质模拟试验单元配置成一个包含上千个变量且具分布参数、多尺度性质的大系统。
（1）污水生化处理序批式反应试验装置
（2）污水生化处理连续试验装置
（3）基于CSTR的河床水质模拟试验装置
（4）基于管模式的河床水质模拟试验装置
（5）基于CSTR的污水管网集输模拟试验装置
（6）基于管模式的污水管网集输模拟试验装置
（7）脂化反应-精馏过程试验装置
（8）离子水生产试验装置
目前主要在（1）BENCHMARK模型校准；（2）非线性模型预测控制策略的实验验证；（3）批过程的动态优化策略实施等方面开展。
3．工业现场应用
以科学认识和数学原理为基础的工程实践除了要满足实际生产的需要也强化了人的能力。工程产品和过程不仅要有经济价值也要体现环境可持续性。这在客观上需要商业、政府和个人一起做出努力，使人类的技术活动符合环境生态可持续原理。许多企业的运营表明，践行可持续理念不仅增加了竞争优势、鼓励创新也获得了巨大的利益。传统的过程系统工程（PSE）主要关注单个设备与过程的设计与操作，最近的PSE研究除在时空尺度（大到一个企业集团，小到分子设计和一个原子系统，如图2所示）大大扩展外，在决策时也开始关注价值链、经济性、生态系统料综合问题，如图3所示。可持续过程系统工程的研究成果将为国家倡导的循环经济政策提供技术支持，有深远社会意义和广阔的发展前景。
目前正在开展（用Ö表示）和即将开展的PSE研究工作：
1．在过程设计方向
2．在过程操作方向
5．可持续过程系统工程度量指标（SI）方向
建立能用于可持续过程设计和控制优化的评价指标(SI)
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