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

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

1 工作原理

cast反應池分為生物區、預反應區和主反應區，如圖1所示，時按進水-曝、沉淀、撇水、進水-閑置完成一個周期，cast的成功可將廢水中的含碳機物和包括氮、磷的去除，出水總氮濃度小于5mg/l。

1)生物器設在池子部，不設機械攪拌裝置，反應條件在缺氧和厭氧之間變化。生物區三個功能：

a．絮體結構內底物的物理團聚與動力學和代謝同步進行；

b．器被隔開，初始高絮體負荷，以及酶快速去除溶解底物；

c.通過器的設計，還可以創造一個利于磷釋放的環境，這樣促進聚磷菌的生長。生物區的設置嚴格遵循活性污泥種群組成動力學的關規律，創造合適的微生物生長條件，從而出絮凝性細菌。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較大的影響，較高的污泥絮體負荷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器中經歷高絮體負荷階段，這樣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%。當器處于厭氧環境時，磷得以效地釋放，為生物除磷做準備。

2)預反應區為水力緩沖區，大小與高峰流量關，若在非曝階段，不進水可將其省去。

3)主反應區在可變容積完混合反應條件下，完成含碳機物和包括氮、磷的的去除。時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[5]。cast工藝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，而具較高濃度梯度的硝酸鹽則能較好地滲透到絮體內部效地進行反硝化。另外，該工藝曝與非曝交替進行，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，尤其在非曝階段0.5h-1.0h內污泥層以胞內在生物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一定的反硝化。

b．磷的去除。生物除磷是依靠聚磷菌的實現的，生物器不曝這樣反應環境非常迅速地從缺氧環境轉化為厭氧環境，當器處于厭氧環境，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放可達到除磷。若要在生物除磷的基礎上進一步強化除磷效果或達到完除磷的，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，系統可具良好的生物除磷功能。

此外，在曝結束后，主反應區進行泥水分離，由于此階段進水水力干擾，在靜止環境中進行，從而系統良好的分離效果。cast整個工藝過程遵循生物的“積累一再生”原理，生物先在生物器經歷一個高負荷反應階段，然后在主反應區經歷一個低負荷反應階段，完成反應過程如圖2所示，生物其中較高的污泥絮體負荷，可以使廢水中存在的溶解性易降解機物通過酶轉移機理予以快速地吸附和吸收進行底物的積累，然后在污泥絮體負荷較低的主反應區完成底物的降解，從而實現了活性污泥的再生。再生的污泥又以一定的比例回流至生物器中，進行機制的再次積累，這樣不斷地循環完成了生物的“積累—再生”，實驗和實際表明，當高于75%的易降解機物質通過酶轉移機理去除，則剩余可溶解cod小于100mg/l[5]。

2、 cast工藝的設計計算

2.1 cast池容積

cast池容積采用容積負荷計算法確定，并用水體積進行復核。

1)負荷計算法。

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污泥負荷率，其中ne=k2×se×f/η，k2取值見表1；
f—混合液中揮發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工業廢水值

2)容積確定。cast池內效容積由變動容積(v1)和固定容積組成，變動容積是指池內設計高水位至潷水機放低水位的容積。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池子個數；
　v1——變動容積，m3；
　v2——安容積，m3；
　v3——污泥沉淀濃縮容積，m3。

一般地，池內高液位h按下式計算：
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——池內設計高水位至潷水機放低水位之間的高度，m；
　a——單個cast池平面面積，m2；
　n2——日內循環周期數；
　h3——潷水結束時泥面高度，m；
　nw——高液位時混合液污泥濃度，kg/m3；
　h2——撇水水位和泥面之間的安距離，m。

負荷計算法算出的結果，如不能滿足(6)的條件，則必須減少污泥負荷，增大cast池的效容積，直至滿足(6)的條件。

2.2 器容積

cast池中間設一道隔墻，將池體分隔微生物區和主反應區兩部分。靠進水端為物區，其容積為cast池總容積的20%左右，另一部分為主反應區。器的類別不同，對器的容積要求也不同。一般來講，對于好氧生物器，其混合液接觸時間t為15min～30min，對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%，一般以主反應區的污泥24h部循環一次來確定污泥回流量[1]。生物器的大小和污泥回流比，可根據實驗和實際情況找出jia條件。

2.3 循環時間分配及do控制

特例的操作循環設計為4h，其中2h用于進水和曝，2h用于沉淀和撇水，這一循環操作用于單池和多池處理系統中；為使池子中溶解氧濃度與工藝要求相，大程度地減少曝強度，可采用探頭測定曝階段中溶解氧濃度作為調節曝強度和除剩余污泥的控制參數。

3 結語

cast工藝保持了特例的完混合性，具較強的耐沖擊負荷能力；cast設置生物器，促進絮凝型細菌的生長和繁殖，從而抑制了污泥膨脹的發生，地進行硝化反硝化，脫氮除磷*。另外，cast工藝，采用矩形結構，時，不需要大量的污泥回流，自動化程，所以建設和低。此外，對于某一給定規模的污水，設計時可采用模塊布置方法，根據污水規模，先確定其基本模塊，然后重復布置此模塊直至達到所要求的處理規模，對于大型污水，由于cast模塊結構布置方式節約占地面積，擴建方便，日益。