صنعت تصفیه آب و فاضلاب، از صنایع زیربنایی هرکشور محسوب می شود، که در دهه های اخیر، توجه دولت ها را بیش از پیش به خود معطوف کرده است. به علت تنزل کیفیت عمومی منابع آب، ضرورت استفاده از سیستم های تصفیه پیشرفته آب و فاضلاب، دغدغه بسیاری از این کشورها (به ویژه کشورهای در حال توسعه) می باشد. چالش های زیست محیطی فراوانی، در زمینه تصفیه فاضلاب، به ویژه سیستم لجن وجود دارد. این چالش ها اغلب در زمینه مقدار حجم هوای مورد نیاز جهت حذف مواد آلی فاضلاب، تولید و دفع لجن مازاد می باشد. بزرگ ترین عیب سیستم های تصفیه فاضلاب، بعد از تولید بو، تولید لجن مازاد می باشد. دفع این لجن مستلزم صرف هزینه زیاد خواهد بود. در این پروژه با معرفی دو مدل، به بهینه سازی فرایند لجن فعال خواهیم پرداخت. در مدل اول، هدف، کمینه کردن مقدار حجم هوای مورد نیاز جهت حذف مواد آلی فاضلاب وکاهش لجن تولیدی می باشد. بهینه سازی مدل با استفاده از روش بهینه سازی هوک جیوز انجام شده است. با مقادیر بهینه این متغیرها، یک سیستم لجن فعال با بهترین کارآیی وکمترین مقدار حجم هوای مورد نیاز جهت حذف BOD₅ و کمترین سرعت تولید لجن، طراحی خواهد شد. مدل دوم، مدل زیست محیطی، بر پایه معادلات مونود و تئوری تعادل توده ها استوار می باشد. در مدل زیست محیطی، مینیمم حجم حوضچه هوادهی، تابع هدف مسئله می باشد. براساس مقدار فاضلاب و خصوصیات میکروبیول ها، حجم حوضچه هوادهی در این مدل، به عنوان یک پارامتر قاطع برای طراحی سیستم های تصفیه فاضلاب، که تاثیر ویژه ای روی زمان ماند و مقدار فاضلاب برگشتی دارد، معرفی شده است.