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摘要:水是生命之源，离开了水，万物皆不能生存，水污染是首先要解决的问题，对于城市污水而言，CAST工艺是一种先进的污水处理工艺，在城市污水处理中得到广泛利用。本文主要对该工艺的原理、步骤、运行工序、工艺特点以及优缺点等做了综合概述。
关键词:CAST工艺；污水处理；原理；工艺特点
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：
0引言
现如今随着社会经济的不断高速发展，我国的经济，科技等等都在有条不紊的进步，可是就在各项技术都在进步的同时，污染已经成为了不可避免的事情。可是污染严重的同时也会影响城市脚步加快的发展，此时有效地处理污染成为人们不可避免去研究的课题。正因为城市污水占有很大比重，于是出现了各种污水处理技术。包括不溶态污染物的分离技术、污染物的生物化学转化技术、污染物的化学转化技术、溶解态污染物的物理化学分离技术等。经过国内外多年的实践运行，并不断调整，如今已经是一种技术成熟、运行稳定、应用比较广泛的污水处理工艺。
一、CAST的工艺原理
CAST工艺是活性污泥法的一种，是利用微生物的代谢作用使污水中溶解的污染物和胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。CAST反应池分为预反应区和主反应区，预反应区一般为厌氧区，污水首先进入此区与回流的活性污泥充分混合，此处不仅利用了活性污泥的快速吸附作用，而且加速对溶解性底物的去除,并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧的条件下得到有效的释放，主反应区处于好氧状态，污泥进行硝化、聚磷。而在较高浓度梯度的NO3-N渗入絮体内部，据资料介绍，CAST工艺系统中，溶解氧浓度在0～2mg/L之间,约有50%时间溶解氧接近于零,30%在1mg/L左右,20%在2mg/L,由于主反应区耗氧速度较快而溶解氧含量又不高,因此低溶解氧难渗入絮体内,这样,就在微生物絮体中形成了微反应区(微缺氧环境),使絮体内部发生反硝化作用。因此CAST系统中出现曝气状态下的反硝化,使硝化/反硝化同时发生,这就无需专设缺氧区和内回流系统。
二、CAST工艺的组成及其作用
１生物選择器
在CAST工艺中设有生物选择器，在此选择中，废水中的溶解性有机物物质能通过酶反应机理而迅速去除，选择器可恒定容积也可变容积运行，多池系统的进、配水池也可用作选择器。污泥回流液中所含有的硝酸盐可在此选择器中得以反硝化，选择器的最基本功能是调节活性污泥的絮体负荷，防止产生污泥膨胀。
２主曝气区
在CAST工艺的主曝气区进行曝气供氧，主要完成降解有机物和同时硝化、反硝化的过程。
３污泥回流、剩余污泥排放系统
在CAST池子的末端设有潜水泵，通过此潜水泵不断地从主曝气区抽送污泥至生物选择器中，所设置的剩污泥泵在沉淀阶段结束后将工艺过程中产生的剩余污泥排出系统。
４滗水装置
在池子的末端设有由电机驱动的可升降的滗水堰，以排出处理后的污水，滗水装置及其他操作过程，如溶解氧和排泥等均实行中央自动控制。
三、CAST工艺的处理步骤
此工艺处理步骤可分为4个阶段：进水—曝气阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水排泥阶段。污水进入CAST反应池的同时进行曝气，当水位达到预定水位时即停止进水，进入曝气阶段；曝气系统向CAST池内供氧，有机物经微生物作用被生物氧化。同时进行硝化作用和磷的吸收，停止供氧后，进入沉淀阶段；活性污泥在静态下，向下沉降，上层水变清；在污泥沉淀到一定深度后，开始滗水，排出上层清水，清水可进入三级处理或排放。此时，一个周期结束，进入下一个周期。
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系统一般至少设两个池子,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。
四、CAST工艺的特点
1)出水水质好，有机物去除率高，具有良好的除磷脱氮效果，BOD5去除率达到95%；2)对冲击负荷的适应性强，适于水质、水量变化较大的中、小污水处理，也适应高浓度污水处理；3)活性污泥性能好，因设有回流系统，在厌氧区有效地抑制了丝状菌的大量繁殖，克服了污泥膨胀；4)投资和占地面积小，没有初沉池、二沉池和刮泥系统，因而减少了用地和投资；5)能耗低，CAST技术是一种延时曝气系统，氧利用率高，运行费用低；6)运行灵活可靠，可以根据水质、水量进行调整，方便灵活。
五、选择该工艺时应该考虑的问题
首先，是CAST系统的微生物种群结构与常规活性污泥法不同,菌群主要由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌和异氧型好氧菌组成。由于对非稳态CAST系统中微生物种群之间的复杂的生存竞争和生态平衡关系至今尚不甚了解,CAST工艺理论只是从工艺过程进行一些分析探讨,待今后研究工作中加以逐步明确；其次，与连续流污水处理工艺相比,设备的闲置率较高。采用撇水器出水、风量调节阀调节等,使得CAST系统的正常运行对设备要求较高；最后处理水量较大时,应充分考虑该工艺的复杂性。由于工艺运行、结构受沉降缝和抗浮等因素的限制,生物处理池的体积每格不宜超过1万m3。当水量增加时,处理单元数也会增加,致使配水、出水、污泥回流和剩余污泥排放等设备随着单元数而增加,大大提高了实际运行的复杂程度。
六、结束语
总的来说，CAST工艺流程简单、构筑物少、占地面积小、投资较低；沉淀效果好，不易发生污泥膨胀；剩余污泥量小，出水水质稳定；处理效率高，具有很好的除磷脱氮效果。当然，随着工艺的进一步完善，在今后的污水处理工艺中必将发挥其应有的作用。
参考文献：
[1]沈耀良,王宝贞编著.《废水生物处理新技术---理论与应用》（第二版）中国环境科学出版社.
关键词:CAST工艺；污水处理；原理；工艺特点
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：
0引言
现如今随着社会经济的不断高速发展，我国的经济，科技等等都在有条不紊的进步，可是就在各项技术都在进步的同时，污染已经成为了不可避免的事情。可是污染严重的同时也会影响城市脚步加快的发展，此时有效地处理污染成为人们不可避免去研究的课题。正因为城市污水占有很大比重，于是出现了各种污水处理技术。包括不溶态污染物的分离技术、污染物的生物化学转化技术、污染物的化学转化技术、溶解态污染物的物理化学分离技术等。经过国内外多年的实践运行，并不断调整，如今已经是一种技术成熟、运行稳定、应用比较广泛的污水处理工艺。
一、CAST的工艺原理
CAST工艺是活性污泥法的一种，是利用微生物的代谢作用使污水中溶解的污染物和胶体状态的有机污染物转化为稳定的无害化物质。CAST反应池分为预反应区和主反应区，预反应区一般为厌氧区，污水首先进入此区与回流的活性污泥充分混合，此处不仅利用了活性污泥的快速吸附作用，而且加速对溶解性底物的去除,并对难降解有机物起到良好的水解作用，同时可使污泥中的磷在厌氧的条件下得到有效的释放，主反应区处于好氧状态，污泥进行硝化、聚磷。而在较高浓度梯度的NO3-N渗入絮体内部，据资料介绍，CAST工艺系统中，溶解氧浓度在0～2mg/L之间,约有50%时间溶解氧接近于零,30%在1mg/L左右,20%在2mg/L,由于主反应区耗氧速度较快而溶解氧含量又不高,因此低溶解氧难渗入絮体内,这样,就在微生物絮体中形成了微反应区(微缺氧环境),使絮体内部发生反硝化作用。因此CAST系统中出现曝气状态下的反硝化,使硝化/反硝化同时发生,这就无需专设缺氧区和内回流系统。
二、CAST工艺的组成及其作用
１生物選择器
在CAST工艺中设有生物选择器，在此选择中，废水中的溶解性有机物物质能通过酶反应机理而迅速去除，选择器可恒定容积也可变容积运行，多池系统的进、配水池也可用作选择器。污泥回流液中所含有的硝酸盐可在此选择器中得以反硝化，选择器的最基本功能是调节活性污泥的絮体负荷，防止产生污泥膨胀。
２主曝气区
在CAST工艺的主曝气区进行曝气供氧，主要完成降解有机物和同时硝化、反硝化的过程。
３污泥回流、剩余污泥排放系统
在CAST池子的末端设有潜水泵，通过此潜水泵不断地从主曝气区抽送污泥至生物选择器中，所设置的剩污泥泵在沉淀阶段结束后将工艺过程中产生的剩余污泥排出系统。
４滗水装置
在池子的末端设有由电机驱动的可升降的滗水堰，以排出处理后的污水，滗水装置及其他操作过程，如溶解氧和排泥等均实行中央自动控制。
三、CAST工艺的处理步骤
此工艺处理步骤可分为4个阶段：进水—曝气阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水排泥阶段。污水进入CAST反应池的同时进行曝气，当水位达到预定水位时即停止进水，进入曝气阶段；曝气系统向CAST池内供氧，有机物经微生物作用被生物氧化。同时进行硝化作用和磷的吸收，停止供氧后，进入沉淀阶段；活性污泥在静态下，向下沉降，上层水变清；在污泥沉淀到一定深度后，开始滗水，排出上层清水，清水可进入三级处理或排放。此时，一个周期结束，进入下一个周期。
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系统一般至少设两个池子,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。
四、CAST工艺的特点
1)出水水质好，有机物去除率高，具有良好的除磷脱氮效果，BOD5去除率达到95%；2)对冲击负荷的适应性强，适于水质、水量变化较大的中、小污水处理，也适应高浓度污水处理；3)活性污泥性能好，因设有回流系统，在厌氧区有效地抑制了丝状菌的大量繁殖，克服了污泥膨胀；4)投资和占地面积小，没有初沉池、二沉池和刮泥系统，因而减少了用地和投资；5)能耗低，CAST技术是一种延时曝气系统，氧利用率高，运行费用低；6)运行灵活可靠，可以根据水质、水量进行调整，方便灵活。
五、选择该工艺时应该考虑的问题
首先，是CAST系统的微生物种群结构与常规活性污泥法不同,菌群主要由硝化菌、反硝化菌、聚磷菌和异氧型好氧菌组成。由于对非稳态CAST系统中微生物种群之间的复杂的生存竞争和生态平衡关系至今尚不甚了解,CAST工艺理论只是从工艺过程进行一些分析探讨,待今后研究工作中加以逐步明确；其次，与连续流污水处理工艺相比,设备的闲置率较高。采用撇水器出水、风量调节阀调节等,使得CAST系统的正常运行对设备要求较高；最后处理水量较大时,应充分考虑该工艺的复杂性。由于工艺运行、结构受沉降缝和抗浮等因素的限制,生物处理池的体积每格不宜超过1万m3。当水量增加时,处理单元数也会增加,致使配水、出水、污泥回流和剩余污泥排放等设备随着单元数而增加,大大提高了实际运行的复杂程度。
六、结束语
总的来说，CAST工艺流程简单、构筑物少、占地面积小、投资较低；沉淀效果好，不易发生污泥膨胀；剩余污泥量小，出水水质稳定；处理效率高，具有很好的除磷脱氮效果。当然，随着工艺的进一步完善，在今后的污水处理工艺中必将发挥其应有的作用。
参考文献：
[1]沈耀良,王宝贞编著.《废水生物处理新技术---理论与应用》（第二版）中国环境科学出版社.