某污水厂CAST工艺除磷脱氮原理及工程介绍
摘 要:分析阐述了CAST 工艺的原理及运行方式，以及该工艺在苏州高新白荡污水处理厂应用的情况。介绍了该厂水质、水量、工艺流程、池型和主要单元的设置和工艺参数,并总结了该工艺的优点及应用中的注意事项。
关键词: CAST; 工艺原理；运行方式; 工艺参数
污水处理厂一期工程日处理污水4万m3 ，经工艺方案比较和论证,采用循环式活性污泥法即CAST工艺。该处理厂于2006 年底建成投运。
1 CAST 工艺介绍
CAST工艺将生物反应池分为两个区域，第一区容积较小作为生物选择器，第二区为主反应区。第一区和第二区在水力上是相通的，用泵将主反应区的活性污泥回流到选择器中。运行时按进水-曝气、沉淀、撇水、进水-闲置完成一个周期，CAST的成功运行可将废水中的含碳有机物和包括氮、磷的污染物有效去除。
生物选择器设在池子首部，反应条件在缺氧和厌氧之间变化。生物选择区有三个功能：a、絮体结构内底物的物理团聚与动力学和代谢选择同步进行；b、选择器被隔开，保证初始高絮体负荷，以及酶快速去除溶解底物；c、通过选择器的设计，还可以创造一个有利于磷释放的环境，这样促进聚磷菌的生长。生物选择区的设置严格遵循活性污泥种群组成动力学的有关规律，创造合适的微生物生长条件，从而选择出絮凝性细菌。活性污泥的絮体负荷S0/X0(即底物浓度和活性微生物浓度的比值)对系统中活性污泥的种群组成有较大的影响，较高的污泥絮体负荷有助于絮凝性细菌的生长和繁殖。CAST工艺中活性污泥不断地在生物选择器中经历高絮体负荷阶段，这样有利于絮凝性细菌的生长，提高污泥活性，并通过酶反应快速去除废水中的溶解性易降解底物，从而抑制了丝状细菌的生长和繁殖，避免了污泥膨胀的发生。同时当生物选择器处于缺氧环境时，回流污泥存在的少量硝酸盐氮可得到反硝化，反硝化量可达整个系统硝化量的20%。当选择器处于厌氧环境时，磷得以有效地释放，为生物除磷做准备。
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主反应区在可变容积完全混合反应条件下运行，完成含碳有机物和包括氮、磷的污染物的去除。运行时通过控制溶解氧的浓度使其从0缓慢上升到2.5mg/L来保证硝化、反硝化以及磷吸收的同步进行。
(1) 同步硝化/反硝化。同步反硝化意味着在不专门为硝酸盐的去除设混合装置或正常缺氧混合程序的条件下，硝化与反硝化同时在同一反应器发生。通常认为在系统中，氮去除机制与在微生物絮体内由于受扩散限制引起的溶解氧(DO))的浓度梯度有关，这样硝化菌存在于高溶解氧区或正氧化还原点位(OPR)，相反反硝化菌在溶解氧降低区或负氧化还原点位(OPR)下活性十足。CAST工艺运行中控制供氧强度以及混合液溶解氧的浓度使其从0逐渐上升到2.5mg/L左右，这样使活性污泥絮体的外周保持一个好氧环境进行硝化，由于氧在活性污泥絮体内的传递受到限制，而具有较高浓度梯度的硝酸盐则能较好地渗透到絮体内部有效地进行反硝化。另外，该工艺曝气与非曝气交替进行，从而使泥水混合液通过主反应区，顺序经过缺氧-好氧-厌氧环境，尤其在非曝气阶段0.5h-1.0h内污泥层以胞内在生物选择高负荷下储存或吸收的碳为碳源，进行反硝化，在污泥沉淀过程中也有一定的反硝化作用。
(2) 磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的作用实现的，生物选择器不曝气这样反应环境非常迅速地从缺氧环境转化为厌氧环境，当选择器处于厌氧环境，聚磷菌依靠水解体内的聚磷(Poly-P)水解释放出正磷酸盐，同时产生能量以吸收水中的溶解性有机底物，并将其在体内合成为细胞学储备物质PHB；在主反应区为好氧环境时，聚磷菌以游离氧为电子受体，将细胞储备物质氧化，并利用该反应所产生的能量，过量地在污水中摄取磷酸盐并合成为ATP，其中一部分转化为聚磷贮存能量，为下一周期的厌氧释磷做准备。由于好氧段的吸磷量要远大于厌氧段的释磷量，所以通过剩余污泥的排放可达到除磷目的。CAST工艺是活性污泥不断地经过耗氧和厌氧的循环，这将有利于聚磷菌在系统中的生长和积累。
此外，在曝气结束后，主反应区进行泥水分离，由于此阶段无进水水力干扰，在静止环境中进行，从而保证系统良好的分离效果。CAST整个工艺过程遵循生物的“积累一再生”原理，生物先在生物选择器经历一个高负荷反应阶段，然后在主反应区经历一个低负荷反应阶段，完成反应过程，生物选择其中较高的污泥絮体负荷，可以使废水中存在的溶解性易降解有机物通过酶转移机理予以快速地吸附和吸收进
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行底物的积累，然后在污泥絮体负荷较低的主反应区完成底物的降解，从而实现了活性污泥的再生。再生的污泥又以一定的比例回流至生物选择器中，进行机制的再次积累，这样不断地循环完成了生物的“积累—再生”。
2 运行方式
CAST 工艺是一种循环式活性污泥法，整个工艺为一间歇式反应器，在此反应器中，活性污泥法过程按曝气和非曝气阶段重复，将生物反应过程和泥水分离过程结合在一个池子中进行，其运行模式与传统SBR法类似，有进水、反应、沉淀和出水及必要的闲置等五个阶段组成。从进水至出水结束作为一个周期，每一过程均按所需的设定时间进行切换操作。
(1) 进水段：CAST 进水首先在生物选择区中与源自上一周期沉淀段的污泥混合，大量的来水在该段内形成较大的基质浓差梯度，通过渗透酶使来水中的BOD 在高浓度污泥条件下很快地被利用，形成良好的缺氧/ 厌氧环境。通过调节进水段的反应模式(进水时间、进水量、缺氧/ 厌氧反应时间) 进行有效的生物脱氮、除磷。充水之后，在反应时段中进行曝气。微生物反复在缺氧/ 好氧的环境下，有效地抑制了好氧性丝状菌的生长，避免了污泥膨胀。
(2) 曝气段：进水段的污水在足够的曝气条件下进行充分的好氧除碳和生物硝化。
(3) 沉淀段：不进水、不曝气、不回流，使污水混合液获得一个静止的絮凝沉淀环境。
(4) 撇水段：不进水、不曝气、不回流，通过浮动撇水器将上清液排出，当液面降至最低控制水位时，排水停止。重复上一周期过程，如此周而复始。
(5) 闲置段：进水、不曝气、不回流，视具体运行情况而定，可作为整个CAST 运行系统调节。
CAST 系统一般至少设2 个池子,以使整个系统能接纳连续的进水，在设有4 个CAST 池子的系统中，通过选择各个池子的循环过程可以产生连续的进出水。
3 白荡污水处理厂一期工程简介 3. 1 处理规模及进出水水质
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