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　　摘要：CAST工藝系統的一個重要特性是在工藝過程中不設缺氧混合階段的條件下，高效地進行硝化和反硝化，從而達到深度去除氮的目的。在一個周期內，硝化和反硝化在曝氣階段同時進行。運行時控制供氧強度以及曝氣池中溶解氧濃度，使絮體的外周能保證有一個好氧環境進行硝化，由于溶解氧濃度得到控制，氧在污泥絮體內部的滲透傳遞作用受到限制，而較高的硝酸鹽濃度(梯度)則能較好地滲透到絮體的內部，因此在絮體內部能有效地進行反硝化過程。實際監測的數據也證明了其同步硝化和反硝化功能。

　　關鍵詞：循環式,活性污泥法,生物選擇器,生物除磷

　　循環式活性污泥法(CyclicActivatedSludgeTechnology，簡稱CAST)是由美國Goronszy教授開發出來的，該工藝的核心為間歇式反應器，在此反應器中按曝氣與不曝氣交替運行，將生物反應過程與泥水分離過程集中在一個池子中完成，屬于SBR工藝的一種變型。

　　該工藝投資和運行費用低、處理性能高，尤其是優異的脫氮除磷效果，已廣泛應用于城市污水和各種工業廢水的處理中。

　　一、工作原理

　　CAST主要由以下幾部分組成：選擇區、主反應區、撇水設備、污泥回流和剩余污泥排放設備、控制系統。如下圖所示：

　　1-生物選擇器；2-預反應區；3-主反應區

　　圖1循環活性污泥技術

　　回流污泥泵將主反應區的活性污泥回流到選擇器中。在選擇器中，基質濃度梯度較大，污泥負荷較高，可有效避免污泥膨脹，提高系統運行的穩定性。另外，通過間歇曝氣方式，可使活性污泥周期性地經歷好氧和厭氧階段，生物選擇器的設置可以有效的防止污泥的膨脹，抑制絲狀菌的繁殖，增強了系統的穩定性。

　　在循環式活性污泥法中，通過設置選擇器可以允許以任意進水速率進水而不會產生污泥膨脹，因此，循環式活性污泥法系統無需設置獨立的厭氧攪拌階段、缺氧攪拌階段以及進水貯水池等，從而可以大大簡化工藝過程，節省工程投資（無需攪拌裝置）和能耗。循環式活性污泥法系統較之傳統序批式SBR法其工藝設置和操作得到很大程度的簡化，為在大中型污水處理廠的應用創造了良好的條件。

　　在曝氣階段主要完成生物降解過程，在非曝氣階段雖然也有部分生物作用，但主要是完成泥水分離過程。因此，循環式活性污泥法系統無需設置二沉池，可以省去傳統活性污泥法中曝氣池和二沉池之間的連接管道。完成泥水分離后，利用撇水堰排出每一操作循環中的處理出水。根據活性污泥實際增殖情況，在每一處理循環的最后階段（撇水階段）自動排出剩余污泥。

　　CAST工藝每一操作循環由下列四個階段組成：

　　進水

　　曝氣

　　沉淀

　　撇水

　　閑置(視具體運行條件而定)

　　上述各個階段組成一個循環，并不斷重復。循環開始時，開始充水，池子中的水位由某一最低水位開始上升，經過一定時間的曝氣和混合后，停止曝氣，以使活性污泥進行絮凝并在一個靜止的環境中沉淀，在完成沉淀階段后，由一個移動式撇水堰排出已處理的上清液，使水位下降至池子所設定的最低水位。完成上述操作階段后，系統進入下一循環過程，重復以上操作。

　　CAST的成功運行可將廢水中的含碳有機物和包括氮、磷的污染物去除，出水總氮濃度小于5mg/L。

　　（1)生物選擇器設在池子首部，不設機械攪拌裝置，反應條件在缺氧和厭氧之間變化。生物選擇區有三個功能：a．絮體結構內底物的物理團聚與動力學和代謝選擇同步進行；b．選擇器被隔開，保證初始高絮體負荷，以及酶快速去除溶解底物；c.通過選擇器的設計，還可以創造一個有利于磷釋放的環境，這樣促進聚磷菌的生長。生物選擇區的設置嚴格遵循活性污泥種群組成動力學的有關規律，創造合適的微生物生長條件，從而選擇出絮凝性細菌。活性污泥的絮體負荷S0/X0(即底物濃度和活性微生物濃度的比值)對系統中活性污泥的種群組成有較大的影響，較高的污泥絮體負荷有助于絮凝性細菌的生長和繁殖。CAST工藝中活性污泥不斷地在生物選擇器中經歷高絮體負荷階段，這樣有利于絮凝性細菌的生長，提高污泥活性，并通過酶反應快速去除廢水中的溶解性易降解底物，從而抑制了絲狀細菌的生長和繁殖，避免了污泥膨脹的發生。同時當生物選擇器處于缺氧環境時，回流污泥存在的少量硝酸鹽氮可得到反硝化，反硝化量可達整個系統硝化量的20%。當選擇器處于厭氧環境時，磷得以有效地釋放，為生物除磷做準備。

　　（2)預反應區為水力緩沖區，大小與高峰流量有關，若在非曝氣階段，不進水可將其省去。

　　（3)主反應區在可變容積完全混合反應條件下運行，完成含碳有機物和包括氮、磷的污染物的去除。運行時通過控制溶解氧的濃度使其從0緩慢上升到2.5mg/L來保證硝化、反硝化以及磷吸收的同步進行。

　　a．硝化反硝化。同步反硝化意味著在不專門為硝酸鹽的去除設混合裝置或正常缺氧混合程序的條件下，硝化與反硝化同時在同一反應器發生。通常認為在系統中，氮去除機制與在微生物絮體內由于受擴散限制引起的溶解氧(DO))的濃度梯度有關，這樣硝化菌存在于高溶解氧區，相反反硝化菌在溶解氧降低區下活性十足。CAST工藝運行中控制供氧強度以及混合液溶解氧的濃度使其從0逐漸上升到2.5mg/L左右，這樣使活性污泥絮體的外周保持一個好氧環境進行硝化，由于氧在活性污泥絮體內的傳遞受到限制，而具有較高濃度梯度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體內部有效地進行反硝化。另外，該工藝曝氣與非曝氣交替進行，從而使泥水混合液通過主反應區，順序經過缺氧-好氧-厭氧環境，尤其在非曝氣階段0.5h-1.0h內污泥層以胞內在生物選擇高負荷下儲存或吸收的碳為碳源，進行反硝化，在污泥沉淀過程中也有一定的反硝化作用。

　　b．磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的作用實現的，生物選擇器不曝氣這樣反應環境非常迅速地從缺氧環境轉化為厭氧環境，當選擇器處于厭氧環境，聚磷菌依靠水解體內的聚磷(Poly-P)水解釋放出正磷酸鹽，同時產生能量以吸收水中的溶解性有機底物，并將其在體內合成為細胞學儲備物質PHB；在主反應區為好氧環境時，聚磷菌以游離氧為電子受體，將細胞儲備物質氧化，并利用該反應所產生的能量，過量地在污水中攝取磷酸鹽并合成為ATP，其中一部分轉化為聚磷貯存能量，為下一周期的厭氧釋磷做準備。由于好氧段的吸磷量要遠大于厭氧段的釋磷量，所以通過剩余污泥的排放可達到除磷目的。若要在生物除磷的基礎上進一步強化除磷效果或達到完全除磷的目的，可加入鋁鹽或鐵鹽，

　　此外，在曝氣結束后，主反應區進行泥水分離，由于此階段無進水水力干擾，在靜止環境中進行，從而保證系統良好的分離效果。CAST整個工藝過程遵循生物的“積累一再生”原理，生物先在生物選擇器經歷一個高負荷反應階段，然后在主反應區經歷一個低負荷反應階段，完成反應過程如圖2所示，生物選擇其中較高的污泥絮體負荷，可以使廢水中存在的溶解性易降解有機物通過酶轉移機理予以快速地吸附和吸收進行底物的積累，然后在污泥絮體負荷較低的主反應區完成底物的降解，從而實現了活性污泥的再生。再生的污泥又以一定的比例回流至生物選擇器中，進行機質的再次積累，這樣不斷地循環完成了生物的“積累—再生”，實驗和實際應用表明，當高于75%的易降解有機物質通過酶轉移機理去除，則剩余可溶解COD小于100mg/L。

　　圖2底物的積累再生原理

　　二、工程應用

　　遼河石化600m3/h污水處理廠應用CAST作為生化段處理稠油污水效果明顯

　　采集數據如下：

　　COD去除率82%以上

　　氨氮的去除率在90%以上

　　三、結語

　　CAST工藝保持了典型的完全混合特性，具有較強的耐沖擊負荷能力；CAST設置生物選擇器，促進絮凝型細菌的生長和繁殖，從而抑制了污泥膨脹的發生，高效地進行硝化反硝化，脫氮除磷效果顯著。另外，CAST工藝流程簡單，采用矩形結構，運行時，不需要大量的污泥回流，自動化程度高，所以建設和運行費用低。此外，對于某一給定規模的污水廠，設計時可采用模塊布置方法，根據污水廠規模，先確定其基本模塊，然后重復布置此模塊直至達到所要求的處理規模，對于大型污水廠，由于CAST模塊結構布置方式節約占地面積，擴建方便，已日益為人們所接受。

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