近年来,随着我国对水环境保护日益地关注,污水厂的出水标准也日趋严格。为了使氮、磷等营养物质的出水浓度达到相应的标准,各个污水处理工艺大多需要进行污泥回流。而在重庆市某污水处理厂,这里运行的CAST工艺长时间没有进行污泥回流,其出水水质可持续稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标,这与传统的脱氮除磷工艺有所不同。不回流污泥简化了生产工艺的步骤,节约了能耗,但该厂对于工艺的控制完全基于经验,对不进行污泥回流出水仍然可以达标的原因及长时间维持无污泥回流存在的风险不明确。因此,为了探明该污水厂CAST工艺进行污泥回流与不进行污泥回流的处理效果之间的区别以及不进行污泥回流其出水水质仍然能达标的原因,为简化其他污水厂的生产运行模式和减少污水厂能耗提供一定的理论基础,本课题以该污水处理厂为试验场地,开展了一系列生产性试验研究。本文研究了该污水厂2019年全年的进、出水水质以及污泥的特征;通过在夏、冬两季进行不同污泥回流量的现场运行试验,研究营养物质的去除规律;为了从微观的角度说明不同回流比对工艺处理效果的影响,进行了物质平衡计算,探寻物质的分配和利用情况;并通过对污水厂CAST工艺各反应时间段混合液浓度、污泥浓度的变化及污泥颗粒化成因的探究,探讨了该厂在无污泥回流条件下稳定运行的原理。得出的结论如下:（1）通过分析污水厂全年的进、出水指标以及CAST工艺污泥特征发现,相对于全国和重庆市的平均水平而言,污水厂的进水各指标偏低。另外,该污水厂水质较适用于生物处理,但需要投加额外的碳源才能有效的脱氮。污水厂在无污泥回流的情况下,出水的各个指标均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标。并且,该厂CAST工艺全年的污泥浓度均处于较高水平,而污泥负荷则处于较低水平,同时,除7月外,其余时间的污泥龄均较长。（2）通过在夏、冬两季分别进行回流比R=0和R=50%工况试验发现,夏季和冬季,两种工况下营养物质的去除差异不显著,且冬、夏季的两种工况的营养物质的去除效果较好。夏季,在R=0和R=50%两工况下,COD的削减率分别为63.70%和67.7%,氨氮削减率分别为81.12%和88.44%,总氮削减率分别为24.79%和22.94%,总磷削减率分别为76%和73%。冬季,在R=0和R=50%两工况下,COD的削减率分别为80.47%和85.48%;氨氮削减率分别为79.56%和85.96%,总氮的削减率分别为40.23%和42.63%,总磷削减率分别为51.48%和58.38%。同时发现,在R=50%工况下,进水阶段回流的混合液使选择池、缺氧池的缓冲能力提高。（3）通过对污水厂夏季和冬季进行营养物质的平衡计算发现,无论夏季或冬季,R=0和R=50%工况中,碳、氮及磷的物质分配差异不显著,系统内未被去除的营养物质占比较高。夏季碳平衡计算表明,两工况中的碳源有25%-30%在反应完成时仍在CAST系统内,且进水的碳源被氧化的比例较高,碳源未被有效利用。氮平衡计算表明,反硝化率低,仅约12%被反硝化利用,系统内70%以上的TN未被有效去除。通过磷平衡计算发现,进水总磷浓度较低,大量的TP主要通过微生物同化的方式被消耗,但仍然有约50%的TP未被有效去除。同时发现,夏季各营养物质的达标主要依靠原污水营养物质浓度低,系统的充水比低,污泥负荷低,这使得CAST池仅需要去除少部分的营养物质即可保证出水水质达标。冬季的碳平衡计算表明,两工况中约1/3的碳源被直接氧化,碳源浪费严重。氮平衡计算表明,同化消耗的TN含量低;与夏季相比,反硝化消耗的TN占比翻了近2倍,系统内冬季反硝化明显。磷平衡计算表明,虽然该厂的污泥龄较长,但仍有约1/3的TP被微生物超量吸收,有约40%-50%的TP未被有效去除。另外,冬季各营养物质的达标依靠的是系统较好的反硝化能力,以及较低的污泥负荷。（4）通过分析R=0和R=50%工况下,氨氮、硝氮的浓度变化及污泥的浓度变化发现,选择池、缺氧池、好氧池间有明显的污泥交换,这对于抑制丝状菌的膨胀有利,可能也是该污水处理厂能稳定运行的原因之一。另外,通过研究曝气池内的污泥粒径发现,该厂的曝气池内存在部分颗粒污泥,这有利于污泥的快速沉降以及抑制丝状膨胀;并认为污泥的颗粒化可能是CAST工艺的自身特点、污水厂前端投加的除磷剂聚合硫酸铁以及无污泥回流运行方式所致。