在城市建設(shè)發(fā)展過程中，污水問題成為影響城市發(fā)展速度的主要因素，因此需要對(duì)城鎮(zhèn)污水處理給予高度的重視，以更好地滿足城市環(huán)境發(fā)展需求。在城鎮(zhèn)污水處理廠中CAST工藝得到了廣泛應(yīng)用，其是在SBR工藝的基礎(chǔ)上研發(fā)出來的一種新工藝，增設(shè)了污泥回流設(shè)施和選擇器，從而確保了城鎮(zhèn)污水處理的效果。本文將以神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司污水處理廠（以下簡(jiǎn)稱準(zhǔn)能污水處理廠）為例，對(duì)CAST工藝的方法、基本流程和所取得的效果進(jìn)行分析，以更好地提高城鎮(zhèn)污水處理廠的經(jīng)濟(jì)效益。

　　CAST工藝是近些年來新研發(fā)出來的一種循環(huán)式活性污泥法，其是在SBR工藝的基礎(chǔ)上增加了污泥回流、生物選擇區(qū)，因此在城鎮(zhèn)污水處理廠中得到了廣泛應(yīng)用。CAST工藝最主要的特點(diǎn)就是能夠?qū)⒅鞣磻?yīng)區(qū)處理后得到的部分剩余污泥輸送回流至前端選擇器中，并且在不進(jìn)水的條件下進(jìn)行沉淀，從而確保主反應(yīng)區(qū)排水的穩(wěn)定性。同時(shí)，缺氧區(qū)的設(shè)置也可以有效地提高CAST工藝的脫氮除磷效果。

　　1CAST工藝概述

　　1.1CAST工藝概念

　　循環(huán)式活性污泥法簡(jiǎn)稱為CAST工藝，其又可以被稱之為周期循環(huán)活性污泥工藝。CAST工藝基本上是在一個(gè)反應(yīng)器中完成的，并根據(jù)曝氣/曝氣沉淀、出水等順序循環(huán)工作，并且每個(gè)池子交替間歇運(yùn)行，是對(duì)SBR工藝的有效改造和完善。CAST工藝是在SBR工藝的基礎(chǔ)上增設(shè)了污泥回流設(shè)施和生物選擇器，同時(shí)對(duì)其時(shí)序進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，不僅提高了污水處理的可靠性，而且還提高了城鎮(zhèn)污水處理的效果。

　　1.2CAST工藝工作原理

　　在一個(gè)反應(yīng)器中CAST工藝可以完成有機(jī)污染物的泥水分離和生物降解過程。實(shí)際上，可以把CAST工藝劃分為四個(gè)階段，分別為進(jìn)水-曝氣階段、沉淀階段、潷水階段、閑置階段。

　?。?）進(jìn)水-曝氣階段。在CAST工藝中，進(jìn)水和曝氣是同時(shí)進(jìn)行的，其一般是從主反應(yīng)區(qū)把污泥回流到預(yù)反應(yīng)區(qū)中，該階段的回流比為30%。該階段需要曝氣系統(tǒng)持續(xù)曝氣，這樣不僅可以確?；钚晕勰嗯c有機(jī)物充分混合，從而加快微生物對(duì)有機(jī)污染物的氧化分解，而且還能確保好氧微生物對(duì)氧的基本需求。

　　（2）沉淀階段。該階段需要停止曝氣操作，并借助池中殘留的溶解氧，微生物可以繼續(xù)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。當(dāng)微生物活動(dòng)一段時(shí)間后，池內(nèi)溶解氧的含量將會(huì)逐漸減少，并從好氧狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成缺氧狀態(tài)，隨后就發(fā)生了硝化反應(yīng)。同時(shí)，該階段整個(gè)池內(nèi)一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，并且依靠重力作用完成泥水分離過程。

　?。?）潷水階段。沉淀階段結(jié)束之后，位于CAST池尾部的潷水器將會(huì)自動(dòng)降下，并把上清液從上到下逐漸排出，當(dāng)排水逐漸完成時(shí)潷水器將會(huì)自動(dòng)上升至開始的位置。該階段完成污泥回流過程，從而使生物選擇區(qū)污泥的濃度明顯提升，促進(jìn)硝化反應(yīng)進(jìn)行，同時(shí)該階段也完成了磷的釋放過程。

　?。?）閑置階段。其主要是為了使?jié)骰氐阶畛跷恢?，避免曝氣階段污泥進(jìn)入潷水器中，對(duì)水質(zhì)的整體質(zhì)量產(chǎn)生影響。同時(shí)，該階段也可以使污泥的吸附能力得到恢復(fù)。

　　1.3CAST工藝的特點(diǎn)

　　CAST工藝最重要的特征是不設(shè)獨(dú)立的沉淀池及其刮泥系統(tǒng)，在CAST工藝中，活性污泥始終保持在一個(gè)池子中進(jìn)行生物反應(yīng)和泥水分離，因此，CAST系統(tǒng)能節(jié)約大量基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)由于進(jìn)水流量和水質(zhì)發(fā)生變化而影響污泥性質(zhì)時(shí)（如絮凝效果等），可簡(jiǎn)單地通過調(diào)節(jié)變化進(jìn)水和曝氣循環(huán)過程，而使系統(tǒng)重新恢復(fù)正常狀態(tài)，開發(fā)CAST工藝的主要目標(biāo)是盡可能降低設(shè)備投資，簡(jiǎn)化工藝流程及其操作過程，提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行的靈活性。

　　CAST工藝的特點(diǎn)主要可歸納為幾點(diǎn)：（1）池子總?cè)莘e減少，土建工程費(fèi)用降低；（2）能很好地緩沖進(jìn)水水量和水質(zhì)的波動(dòng)，雨季無需設(shè)置調(diào)節(jié)池，進(jìn)水的波動(dòng)可用改變曝氣時(shí)間的簡(jiǎn)單方法即可予以緩沖；（3）處理效果好，排出的剩余污泥穩(wěn)定化程度較高；（4）無需調(diào)協(xié)二沉池和龐大的回流污泥泵站；（5）占地面積少；（6）無污泥膨脹，污泥指數(shù)不超過50～70mL/g；（7）自動(dòng)化程度高，人工操作簡(jiǎn)單，但管理運(yùn)行較復(fù)雜，與之相關(guān)的設(shè)備質(zhì)量要求較高，應(yīng)有較高的設(shè)備維護(hù)水平及能力。

　　1.4CAST工藝主要設(shè)備

　　1.4.1生物選擇器

　　CAST工藝中主反應(yīng)區(qū)前端設(shè)置生物選擇器，這樣廢水中溶解性有機(jī)物質(zhì)就可以借助酶反應(yīng)機(jī)理給予有效的去除。對(duì)于污泥回流液中的硝酸鹽能夠在選擇器中進(jìn)行反硝化作用，并對(duì)活性污泥的絮體負(fù)荷進(jìn)行了有效的調(diào)節(jié)，避免出現(xiàn)污泥膨脹，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

　　1.4.2主曝氣區(qū)

　　主曝氣區(qū)在CAST工藝中主要是曝氣供氧，并完成對(duì)有機(jī)質(zhì)的有效降解，從而促進(jìn)硝化、反硝化過程的順利進(jìn)行。

　　1.4.3污泥回流、剩余污泥排放系統(tǒng)

　　通常情況下，剩余污泥泵、回流污泥泵設(shè)置在CAST池的中段，借助回流污泥泵將主曝氣區(qū)靜沉?xí)r的污泥抽送至生物選擇器，沉淀階段結(jié)束后產(chǎn)生的剩余污泥排出至污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)行離心脫水。

　　1.4.4潷水裝置

　　在CAST池的末端，配備了潷水器，可以通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)按照設(shè)定時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行升降，從而使處理后的污水得到有效的排出。

　　2CAST工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　2.1微生物間的復(fù)雜關(guān)系有待研究

　　與常規(guī)活性污泥法相比，在CAST工藝系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)存在一定的差異性，菌群一般是由硝化菌、聚磷菌、反硝化菌和異養(yǎng)型好氧菌等構(gòu)成。對(duì)非穩(wěn)態(tài)CAST工藝而言，微生物種群間存在著相對(duì)比較復(fù)雜的生存競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，需要對(duì)其進(jìn)行深入研究和探析。

　　2.2生物脫氮效率有待提升endprint

　　首先，硝化反應(yīng)無法完全進(jìn)行。實(shí)際上，消化細(xì)菌屬于化能自養(yǎng)菌，而大部分有機(jī)物的降解需要異養(yǎng)細(xì)菌才可以完成。如果把兩種細(xì)菌混合在一起進(jìn)行培養(yǎng)，在一定程度上抑制了消化菌的生長(zhǎng)，無法形成優(yōu)勢(shì)種群，從而使消化反應(yīng)無法順利進(jìn)行。其次，反硝化反應(yīng)不徹底。在城鎮(zhèn)污水處理廠中引入CAST工藝，其中有大概20%的硝態(tài)氮會(huì)在回流污泥過程中完成反硝化反應(yīng)，無法達(dá)到理想的脫氮效果。

　　2.3控制方式較為單一

　　在城鎮(zhèn)污水處理廠中，大多數(shù)的CAST工藝都是以時(shí)序控制為主，其控制方式具有明顯的劣勢(shì)。因?yàn)槲鬯乃|(zhì)是不斷變化的，依靠單一的控制方式無法達(dá)到比較理想的污水處理效果。

　　3CAST工藝的優(yōu)點(diǎn)

　?。?）工藝流程簡(jiǎn)單，布置緊湊，運(yùn)行靈活，處理效果好，可在不增加大量投資的條件下，實(shí)現(xiàn)深度除磷脫氮的目的。

　?。?）工程投資低。因無需初沉池及二沉池，混凝土用量和土建投資低。系統(tǒng)中無需設(shè)置龐大的刮泥機(jī)、大量攪拌機(jī)以及龐大的污泥回流和內(nèi)回流泵，故系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備投資低。

　?。?）工藝系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低。由于污泥回流比較低（通常為日平均流量的30%），無需攪拌設(shè)備，故節(jié)省大量能耗，另外通過實(shí)現(xiàn)深度反硝化可以回收氧量，故系統(tǒng)可最大程度地降低能耗和運(yùn)行成本。

　?。?）抗沖擊負(fù)荷和適應(yīng)能力強(qiáng)。系統(tǒng)通過選擇器可以自動(dòng)抑制絲狀污泥和微生物的增殖，具有很高的工藝穩(wěn)定性。系統(tǒng)具有抗有機(jī)和水力沖擊能力。通過調(diào)節(jié)各個(gè)階段循環(huán)時(shí)間即可適應(yīng)實(shí)際進(jìn)水負(fù)荷的變化，適應(yīng)水質(zhì)水量的變化能力強(qiáng)。CAST工藝的另外一個(gè)重要特點(diǎn)是所有的活性污泥在任何時(shí)間都處于一個(gè)反應(yīng)池中，能保證有機(jī)物的降解、硝化等生物處理過程的正常進(jìn)行。

　?。?）自動(dòng)化程度高，管理簡(jiǎn)便。整個(gè)工藝系統(tǒng)的操作完全自動(dòng)化，維護(hù)費(fèi)用及人員費(fèi)用能降到最低。

　　4工程實(shí)例分析

　　4.1準(zhǔn)能污水處理廠概況

　　準(zhǔn)能污水處理廠坐落于內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn)，總占地面積77400余m2。隨著地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和準(zhǔn)能集團(tuán)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，準(zhǔn)能污水處理廠長(zhǎng)期處于超負(fù)荷狀態(tài)，為了有效解決污水問題，該污水處理廠于2008年、2016年先后兩次進(jìn)行了改擴(kuò)建工程建設(shè)，均以CAST為主體工藝，處理規(guī)模40000m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，總投資1.8億元。

　　4.2設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

　　準(zhǔn)能污水處理廠選擇了CAST工藝，處理能力達(dá)到了40000m3/d，總變化系數(shù)為1.41，二期污水處理規(guī)模得到了平均分布（分別為20000m3/d），總變化系數(shù)為1.49。根據(jù)準(zhǔn)能污水處理廠的實(shí)際情況和運(yùn)行參數(shù)，將冬季污水處理的水溫控制在13℃。

　　4.3污水處理工藝流程

　　準(zhǔn)能污水處理廠采用CAST工藝（循環(huán)式活性污泥法），總體工藝流程包括預(yù)處理段（粗格柵、細(xì)格柵、沉砂池）、生物處理段（CAST工藝）、深度處理段（高效沉淀池+D型濾池）、污泥處理段以及生物和化學(xué)相結(jié)合的除磷措施。

　　入網(wǎng)污水經(jīng)各分支排水管網(wǎng)進(jìn)行收集，然后匯流至準(zhǔn)能污水處理廠，通過粗格柵機(jī)、細(xì)格柵機(jī)、超細(xì)格柵機(jī)、橋式吸砂機(jī)、砂水分離器去除進(jìn)水中較大的漂浮物和粒徑較大的砂粒。篩選后的水流入CAST池中的生物選擇區(qū)，在該區(qū)污水原水會(huì)與池內(nèi)的污泥進(jìn)行接觸并混合回流污泥，既可防止污泥膨脹，又可使活性污泥中含有的過量的磷得到有效釋放，為后續(xù)主曝氣區(qū)超量生物吸磷創(chuàng)造條件。

　　主曝氣區(qū)是污水處理的核心，采用管式曝氣系統(tǒng)，為活性污泥微生物提供氧量，主要完成硝化、反硝化過程，生物除磷、脫氮和去除有機(jī)污染物；通過生物處理之后的污水由集水池提升泵提升到高效沉淀池，其主要功能是化學(xué)除磷、脫氮，去除污水中污染物，然后進(jìn)入D型濾池，進(jìn)一步去除水中殘留的有機(jī)物、微小懸浮物，降低出水濁度，最后進(jìn)入消毒池投加二氧化氯對(duì)其進(jìn)行消毒處理，消毒后的中水回用于國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠作為生產(chǎn)補(bǔ)充用水。CAST池所產(chǎn)生的剩余污泥通過剩余污泥泵將其運(yùn)送至污泥脫水間進(jìn)行離心脫水，脫水后的污泥運(yùn)送到指定地點(diǎn)或直接進(jìn)行污泥處置。

　　4.4污水處理效果

　　準(zhǔn)能污水處理廠根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)、水量狀況，所選CAST工藝技術(shù)先進(jìn)與成熟、處理效果好、運(yùn)行安全可靠、高效節(jié)能、經(jīng)濟(jì)合理，出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，處理后的中水主要回用至國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠，部分用于薛家灣地區(qū)園林綠化用水（此項(xiàng)目正在實(shí)施中）。

　　準(zhǔn)能污水處理廠不僅承擔(dān)著本公司職工生活區(qū)的污水處理任務(wù)，還承擔(dān)著薛家灣城鎮(zhèn)居民區(qū)、企事業(yè)單位、公建、公共生活服務(wù)設(shè)施等的生活污水處理任務(wù)，準(zhǔn)能集團(tuán)在自身發(fā)展的過程中，不斷加強(qiáng)與地方政府的合作，努力實(shí)現(xiàn)污染物減排和地區(qū)環(huán)境保護(hù)，為準(zhǔn)格爾旗環(huán)保事業(yè)及黃河流域治理做出了重大貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益，同時(shí)實(shí)現(xiàn)中水復(fù)用，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，使得環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益共贏。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)于城鎮(zhèn)污水處理提出了較高的要求，使城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)建設(shè)、污水處理設(shè)備以及水質(zhì)指標(biāo)等備受關(guān)注。為了更好地提高城鎮(zhèn)污水處理廠的處理效果，CAST工藝得到了廣泛應(yīng)用，可以有效去除污水中的BOD、SS、COD、氨氮、總磷、總氮等污染物質(zhì)，而且可以承受較大幅度的有機(jī)負(fù)荷和流量沖擊，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該工藝運(yùn)行操作簡(jiǎn)單、靈活，占地面積少，使用過程中所產(chǎn)生的活性污泥比較少，所得水質(zhì)滿足國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。