在可變容積和充水和排水(SBR法)系統中進行生物脫氦(硝化和反硝化)已有多年歷史，大量運行結果表明：同SBR一樣，CAST工藝具有卓越的硝反硝化能力，隨著除氦要求的不斷提高，CAST工藝將得到日益廣泛的應用。其原理為通過每一循環的四個階段人為地造成厭氧、缺氧、好氧的生物環境。不僅能去除一般有機物和懸浮固體，而且還能去除營養物質氦和磷，處理效果取決于泥齡、供氧情況和一個循環中曝氣和非曝氣時段的比例。

CAST系統中硝反硝化過程不需要單獨設置一個缺氧運行階段以進行反硝化。生物除磷效果達到80~90%左右，如需進一步提高除磷效果，可采用加大循環周期，加大非曝氣時間占整個循環時間的比例。

CAST反應(ying)池(chi)分(fen)為生(sheng)物選擇區(qu)(qu)、預反應(ying)區(qu)(qu)和主反應(ying)區(qu)(qu)，如(ru)圖1所示，運(yun)(yun)行(xing)時(shi)按進水-曝(pu)氣(qi)、沉淀、撇水、進水-閑置完成一(yi)個周(zhou)期(qi)，CAST的(de)成功運(yun)(yun)行(xing)可將廢水中的(de)含碳有機物和包括氮、磷(lin)的(de)污(wu)染物去除，出水總氮濃度小于5mg/L。圖1循環活性污(wu)泥技(ji)術(shu)

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(約為N3-N=20mg/L)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或正氧化還原點位(OPR)，相反反硝化菌在溶解氧降低區或負氧化還原點位(OPR)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，根據所去除磷濃度的大小，化學污泥在池子中的濃度約在1.7g/L～2.0g/L左右，化學污泥可以進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過耗氧和厭氧的循環，這將有利于聚磷菌在系統中的生長和積累。根據Gorony等人的研究，當微生物內吸附大量降解物質，而且處在氧化還原點位為+100mV～-150mV的交替變化中時，系統可具有良好的生物除磷功能。

此外，在(zai)曝氣結束后，主反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)進(jin)行(xing)泥水(shui)分(fen)離(li)，由于此階(jie)段無(wu)進(jin)水(shui)水(shui)力干擾(rao)，在(zai)靜止環境中(zhong)進(jin)行(xing)，從而保證系統良好(hao)的(de)分(fen)離(li)效果(guo)。CAST整個工藝過(guo)程(cheng)遵循生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)“積(ji)累(lei)-再(zai)(zai)生(sheng)(sheng)”原理，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)先在(zai)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)選(xuan)擇(ze)器經(jing)歷一(yi)(yi)個高負(fu)荷(he)(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)階(jie)段，然(ran)后在(zai)主反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)經(jing)歷一(yi)(yi)個低負(fu)荷(he)(he)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)階(jie)段，完成(cheng)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)過(guo)程(cheng)如圖(tu)2所示，生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)選(xuan)擇(ze)其中(zhong)較高的(de)污(wu)泥絮體負(fu)荷(he)(he)，可以使(shi)廢水(shui)中(zhong)存在(zai)的(de)溶解(jie)性易(yi)(yi)降(jiang)解(jie)有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)通(tong)(tong)過(guo)酶(mei)(mei)轉(zhuan)移機(ji)理予(yu)以快(kuai)速地吸附和吸收進(jin)行(xing)底物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)積(ji)累(lei)，然(ran)后在(zai)污(wu)泥絮體負(fu)荷(he)(he)較低的(de)主反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)區(qu)(qu)完成(cheng)底物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)降(jiang)解(jie)，從而實現了活(huo)性污(wu)泥的(de)再(zai)(zai)生(sheng)(sheng)。再(zai)(zai)生(sheng)(sheng)的(de)污(wu)泥又以一(yi)(yi)定的(de)比例(li)回(hui)流(liu)至(zhi)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)選(xuan)擇(ze)器中(zhong)，進(jin)行(xing)機(ji)制的(de)再(zai)(zai)次積(ji)累(lei)，這樣不(bu)斷地循環完成(cheng)了生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)“積(ji)累(lei)-再(zai)(zai)生(sheng)(sheng)”，實驗(yan)和實際應(ying)(ying)(ying)用表(biao)明，當高于75%的(de)易(yi)(yi)降(jiang)解(jie)有(you)(you)機(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)質(zhi)通(tong)(tong)過(guo)酶(mei)(mei)轉(zhuan)移機(ji)理去除，則剩(sheng)余可溶解(jie)COD小于100mg/L。

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