循環(huán)式活性污泥法(cyclic activated sludge technology，簡(jiǎn)稱cast)是由美goronszy教授開發(fā)出來的，該工藝的核心為間歇式反應(yīng)器，在此反應(yīng)器中按曝與不曝交替，將生物反應(yīng)過程與泥水分離過程集中在一個(gè)池子中完成，屬于sbr工藝的一種變型。

該工藝投資和低、處理性能高，尤其是優(yōu)異的脫氮除磷效果，已于城市污水和各種工業(yè)廢水的處理中。

1 工作原理

cast反應(yīng)池分為生物區(qū)、預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)，如圖1所示，時(shí)按進(jìn)水-曝、沉淀、撇水、進(jìn)水-閑置完成一個(gè)周期，cast的成功可將廢水中的含碳機(jī)物和包括氮、磷的去除，出水總氮濃度小于5mg/l。

1)生物器設(shè)在池子部，不設(shè)機(jī)械攪拌裝置，反應(yīng)條件在缺氧和厭氧之間變化。生物區(qū)三個(gè)功能：

a．絮體結(jié)構(gòu)內(nèi)底物的物理團(tuán)聚與動(dòng)力學(xué)和代謝同步進(jìn)行；

b．器被隔開，初始高絮體負(fù)荷，以及酶快速去除溶解底物；

c.通過器的設(shè)計(jì)，還可以創(chuàng)造一個(gè)利于磷釋放的環(huán)境，這樣促進(jìn)聚磷菌的生長(zhǎng)。生物區(qū)的設(shè)置嚴(yán)格遵循活性污泥種群組成動(dòng)力學(xué)的關(guān)規(guī)律，創(chuàng)造合適的微生物生長(zhǎng)條件，從而出絮凝性細(xì)菌。活性污泥的絮體負(fù)荷s0/x0(即底物濃度和活性微生物濃度的比值)對(duì)系統(tǒng)中活性污泥的種群組成較大的影響，較高的污泥絮體負(fù)荷助于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。cast工藝中活性污泥不斷地在生物器中經(jīng)歷高絮體負(fù)荷階段，這樣利于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)，提高污泥活性，并通過酶反應(yīng)快速去除廢水中的溶解性易降解底物，從而抑制了絲狀細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，避免了污泥膨脹的發(fā)生。同時(shí)當(dāng)生物器處于缺氧環(huán)境時(shí)，回流污泥存在的少量硝酸鹽氮(約為n3-n=20mg/l)可得到反硝化，反硝化量可達(dá)整個(gè)系統(tǒng)硝化量的20%。當(dāng)器處于厭氧環(huán)境時(shí)，磷得以效地釋放，為生物除磷做準(zhǔn)備。

2)預(yù)反應(yīng)區(qū)為水力緩沖區(qū)，大小與高峰流量關(guān)，若在非曝階段，不進(jìn)水可將其省去。

3)主反應(yīng)區(qū)在可變?nèi)莘e完混合反應(yīng)條件下，完成含碳機(jī)物和包括氮、磷的的去除。時(shí)通過控制溶解氧的濃度使其從0緩慢上升到2.5mg/l來硝化、反硝化以及磷吸收的同步進(jìn)行[3]。

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(shè)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(shí)在同一反應(yīng)器發(fā)生。通常認(rèn)為在系統(tǒng)中，氮去除機(jī)制與在微生物絮體內(nèi)由于受擴(kuò)散限制引起的溶解氧(do))的濃度梯度關(guān)，這樣硝化菌存在于高溶解氧區(qū)或正氧化還原點(diǎn)位(opr)，相反反硝化菌在溶解氧降低區(qū)或負(fù)氧化還原點(diǎn)位(opr)下活性十足[5]。cast工藝中控制供氧強(qiáng)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(gè)好氧環(huán)境進(jìn)行硝化，由于氧在活性污泥絮體內(nèi)的傳遞受到限制，而具較高濃度梯度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體內(nèi)部效地進(jìn)行反硝化。另外，該工藝曝與非曝交替進(jìn)行，從而使泥水混合液通過主反應(yīng)區(qū)，順序經(jīng)過缺氧-好氧-厭氧環(huán)境，尤其在非曝階段0.5h-1.0h內(nèi)污泥層以胞內(nèi)在生物高負(fù)荷下儲(chǔ)存或吸收的碳為碳源，進(jìn)行反硝化，在污泥沉淀過程中也一定的反硝化。

b．磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的實(shí)現(xiàn)的，生物器不曝這樣反應(yīng)環(huán)境非常迅速地從缺氧環(huán)境轉(zhuǎn)化為厭氧環(huán)境，當(dāng)器處于厭氧環(huán)境，聚磷菌依靠水解體內(nèi)的聚磷(poly-p)水解釋放出正磷酸鹽，同時(shí)產(chǎn)生能量以吸收水中的溶解性機(jī)底物，并將其在體內(nèi)合成為細(xì)胞學(xué)儲(chǔ)備物質(zhì)phb；在主反應(yīng)區(qū)為好氧環(huán)境時(shí)，聚磷菌以游離氧為電子受體，將細(xì)胞儲(chǔ)備物質(zhì)氧化，并利用該反應(yīng)所產(chǎn)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(zhuǎn)化為聚磷貯存能量，為下一周期的厭氧釋磷做準(zhǔn)備。由于好氧段的吸磷量要遠(yuǎn)大于厭氧段的釋磷量，所以通過剩余污泥的放可達(dá)到除磷。若要在生物除磷的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化除磷效果或達(dá)到完除磷的，可加入鋁鹽或鐵鹽，根據(jù)所去除磷濃度的大小，化學(xué)污泥在池子中的濃度約在1.7g/l～2.0g/l左右，化學(xué)污泥可以進(jìn)一步提高沉淀污泥的壓縮能力。

cast工藝是活性污泥不斷地經(jīng)過耗氧和厭氧的循環(huán)，這將利于聚磷菌在系統(tǒng)中的生長(zhǎng)和積累。根據(jù)gorony等人的研究，當(dāng)微生物內(nèi)吸附大量降解物質(zhì)，而且處在氧化還原點(diǎn)位為+100mv～-150mv的交替變化中時(shí)，系統(tǒng)可具良好的生物除磷功能。

此外，在曝結(jié)束后，主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行泥水分離，由于此階段進(jìn)水水力干擾，在靜止環(huán)境中進(jìn)行，從而系統(tǒng)良好的分離效果。cast整個(gè)工藝過程遵循生物的“積累一再生”原理，生物先在生物器經(jīng)歷一個(gè)高負(fù)荷反應(yīng)階段，然后在主反應(yīng)區(qū)經(jīng)歷一個(gè)低負(fù)荷反應(yīng)階段，完成反應(yīng)過程如圖2所示，生物其中較高的污泥絮體負(fù)荷，可以使廢水中存在的溶解性易降解機(jī)物通過酶轉(zhuǎn)移機(jī)理予以快速地吸附和吸收進(jìn)行底物的積累，然后在污泥絮體負(fù)荷較低的主反應(yīng)區(qū)完成底物的降解，從而實(shí)現(xiàn)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器中，進(jìn)行機(jī)制的再次積累，這樣不斷地循環(huán)完成了生物的“積累—再生”，實(shí)驗(yàn)和實(shí)際表明，當(dāng)高于75%的易降解機(jī)物質(zhì)通過酶轉(zhuǎn)移機(jī)理去除，則剩余可溶解cod小于100mg/l[5]。

2、 cast工藝的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 cast池容積

cast池容積采用容積負(fù)荷計(jì)算法確定，并用水體積進(jìn)行復(fù)核。

1)負(fù)荷計(jì)算法。

v=q×(sa－se)/(ne×nw×f)                                        (1)

式中：v—cast池容積，m3；
q—污水日流量，m3/d；
nw—混合液污泥(mlss)濃度，3g/l～4g/l；
ne—b0d污泥負(fù)荷率，其中ne=k2×se×f/η，k2取值見表1；
f—混合液中揮發(fā)性懸浮固體濃度與總懸浮固體濃度的比值，即f=mlss/mlvss，0.7～0.8.

表1生活污水及部分的k2工業(yè)廢水值

2)容積確定。cast池內(nèi)效容積由變動(dòng)容積(v1)和固定容積組成，變動(dòng)容積是指池內(nèi)設(shè)計(jì)高水位至潷水機(jī)放低水位的容積。固定容積由兩部分組成：一部分是活性污泥，高泥面至池底之間的容積(v3)；另一部分為撇水水位和泥面之間的容積，它是由防止撇水和污泥流失的小安距離決定的容積(v2)。

v=nl×(vl+v2+v3)                                              (2)

式中：v—cast池總效容積，m3；
　n1——cast池子個(gè)數(shù)；
　v1——變動(dòng)容積，m3；
　v2——安容積，m3；
　v3——污泥沉淀濃縮容積，m3。

一般地，池內(nèi)高液位h按下式計(jì)算：
h=hl+h2+h3=(3～5)m                                             (3)
h1=q/(n1×n2×a)                                               (4)
h3=h×nw×svi×10-3                                            (5)
　h2=h-(hl+h3)                                                   (6)

式中：h1——池內(nèi)設(shè)計(jì)高水位至潷水機(jī)放低水位之間的高度，m；
　a——單個(gè)cast池平面面積，m2；
　n2——日內(nèi)循環(huán)周期數(shù)；
　h3——潷水結(jié)束時(shí)泥面高度，m；
　nw——高液位時(shí)混合液污泥濃度，kg/m3；
　h2——撇水水位和泥面之間的安距離，m。

負(fù)荷計(jì)算法算出的結(jié)果，如不能滿足(6)的條件，則必須減少污泥負(fù)荷，增大cast池的效容積，直至滿足(6)的條件。

2.2 器容積

cast池中間設(shè)一道隔墻，將池體分隔微生物區(qū)和主反應(yīng)區(qū)兩部分?？窟M(jìn)水端為物區(qū)，其容積為cast池總?cè)莘e的20%左右，另一部分為主反應(yīng)區(qū)。器的類別不同，對(duì)器的容積要求也不同。一般來講，對(duì)于好氧生物器，其混合液接觸時(shí)間t為15min～30min，對(duì)缺氧和厭氧生物器一般取30min～60min。因此其容積為：

v=(qi+qr)×t                                                         (7)

式中：qi，qr——進(jìn)水、回流污泥流量，m3/h。

注：生活污水回流量為旱季流量的20%，一般以主反應(yīng)區(qū)的污泥24h部循環(huán)一次來確定污泥回流量[1]。生物器的大小和污泥回流比，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際情況找出jia條件。

2.3 循環(huán)時(shí)間分配及do控制

特例的操作循環(huán)設(shè)計(jì)為4h，其中2h用于進(jìn)水和曝，2h用于沉淀和撇水，這一循環(huán)操作用于單池和多池處理系統(tǒng)中；為使池子中溶解氧濃度與工藝要求相，大程度地減少曝強(qiáng)度，可采用探頭測(cè)定曝階段中溶解氧濃度作為調(diào)節(jié)曝強(qiáng)度和除剩余污泥的控制參數(shù)。

3 結(jié)語

cast工藝保持了特例的完混合性，具較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力；cast設(shè)置生物器，促進(jìn)絮凝型細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，從而抑制了污泥膨脹的發(fā)生，地進(jìn)行硝化反硝化，脫氮除磷*。另外，cast工藝，采用矩形結(jié)構(gòu)，時(shí)，不需要大量的污泥回流，自動(dòng)化程，所以建設(shè)和低。此外，對(duì)于某一給定規(guī)模的污水，設(shè)計(jì)時(shí)可采用模塊布置方法，根據(jù)污水規(guī)模，先確定其基本模塊，然后重復(fù)布置此模塊直至達(dá)到所要求的處理規(guī)模，對(duì)于大型污水，由于cast模塊結(jié)構(gòu)布置方式節(jié)約占地面積，擴(kuò)建方便，日益。