Obiektem zainteresowania niniejszej monografii jest biologiczna, sekwencyjna oczyszczalnia ścieków (sequencing batch reactor, SBR). Jest to złożony system sterowania z powodu nieliniowej dynamiki, niepewności, wielu skal czasu, wielowymiarowości i braku wystarczającej liczby pomiarów.

Warunek konieczny większości procesów biologicznych stanowi dostarczenie bakteriom oczyszczającym ścieki odpowiedniej ilości tlenu za pomocą instalacji napowietrzającej. Napowietrzanie spełnia bardzo ważną rolę w oczyszczalni ścieków. Powietrze dostarczane do oczyszczalni z jednej strony służy jako pokarm dla bakterii oczyszczających ścieki, z drugiej zaś jest pomocne w procesach mieszania ścieków. Koszty napowietrzania są wysokie i stanowią główny składnik kosztów operacyjnych w oczyszczalni ścieków, dlatego bardzo ważne jest ich zmniejszanie, z jednoczesną poprawą jakości oczyszczania ścieków. W zakresie sterowania w praktyce eksploatacyjnej oczyszczalni ścieków w dalszym ciągu stosuje się proste algorytmy sterowania stężeniem tlenu oparte na regułach i regulatorach typu PI ze stałymi wartościami nastaw. Ze względu na złożoność problemu sterowania i różne punkty pracy są one niewystarczające. Wynika to z faktu, że zapotrzebowanie na tlen, a tym samym na ilość powietrza dostarczanego przez instalację napowietrzającą, jest zmienne w czasie.

W monografii zaprojektowano dwa nowoczesne, zaawansowane algorytmy sterowania stężeniem tlenu: adaptacyjnego z nadrzędnym regulatorem regułowym i adaptacyjnego z nadrzędnym regulatorem heurystycznym. Układy regulacji oparto na pomiarach stężenia tlenu, azotu amonowego i azotanów. Następnie zaproponowano i rozwiązano trzy zadania optymalizacji procesów biologicznych. Przeprowadzono analizę symulacyjną efektywności zaproponowanych struktur i algorytmów optymalizacji dla różnych warunków obciążeń oczyszczalni ścieków w Swarzewie. Zaproponowane rozwiązania przyniosły znaczącą poprawę efektywności oczyszczania ścieków, z równoczesną redukcją kosztów operacyjnych pracy tego złożonego systemu przemysłowego.