【案例】应用EBIS技术，解决东北寒冷地区水污染问题

时间：2021-10-12 10:48

来源：E20环境产业圈层

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兰西县污水处理厂提标改造工程

项目名称：兰西县污水处理厂提标改造工程

推荐单位：迈邦(北京)环保工程有限公司

参与环节：工艺包设计及设备材料供应

项目所在地：黑龙江省绥化市兰西县

项目概况

兰西县污水处理厂位于黑龙江绥化市兰西县绥兰路，为了解决兰西县污水对环境的污染，于2012年新建处理规模为1.0万/d，采用预处理+CASS生化工艺的污水处理厂一座，出水标准为一级B，但是随着城市的发展，人口的不断增加，导致污水流量的急剧增加，并且原有CASS工艺的设备老化，处理能力已经达不到现有污水量的要求，因此对原有污水处理厂进行扩容提标改造，将污水处理能力由日处理将1.0万/d提升至2.0万/d，出水标准由一级B提标为一级A;在该项目没有新增占地的前提下，选择使用EBIS工艺作为生化池改造主体工艺。将原有CAST池改造为EBIS反应池(包含厌氧区、低氧曝气区、二沉池)，即在原有生化池的基础上且没有新增用地的情况下，处理水量翻倍、处理效果及稳定性均好于原CASS 池处理效果，稳定达到一级A类排放标准的同时解决了其冬季低温情况下，出水氨氮超标的问题。

本项目改造后，于2019年11月正式通水，截至目前已稳定运行1年多，EBIS生化单元于2020年3月验收，目前运行状况良好。

项目示范意义

常见的污水生化处理技术(如：CASS、CAST、CWSBR、AO、AAO、氧化沟等)在应用过程中存在的主要问题有：

① 脱氮效率低;② 脱氮过程中对碳源的要求高，运行成本高; ③ 为达到彻底脱氮往往需要增加后续三级生化单元(曝气生物滤池等工艺)，投资大，运行成本高; ④ 需要较大的生化池池容，占地面积大;⑤ 运行能耗高;⑥ 工艺运行不稳定。

以上问题在污水处理厂建设过程中普遍存在，特别在极寒地区，进水温度低，生化池内水温一般在6℃左右，甚至更低，使脱氮效率受到严重抑制，因此生化池往往需要很大的池容及占地面积;而已建成的污水处理厂受到占地的限制，无法提供充足的建设用地，此矛盾几乎不可调和，同时带来过高的投资给建设单位也带来了很大的难题，因此这一现象给污水处理技术带来严峻挑战。

本项目占地异常紧张，且存在冬季低温出水氨氮不稳定的问题。项目将原有CASS生化池改造为EBIS池，在保持原有池容、不新增占地的前提下，处理能力翻倍，同时将CODcr、氨氮、总氮的排放标准由《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B类排放标准提标为一级A标准。不但突破了此项目用地上的限制，处理效果也明显提升，同时具有运行稳定性高，节约能耗的优势。

EBIS工艺以其节能高效、同步脱氮、耐冲击性强的特点，在市政、化工、造纸、印染、畜牧养殖、垃圾渗滤液、综合化工园区等多行业领域得到了广泛的应用。特别对于高氨氮、高COD、可生化性差、水温极低等处理难度大的污水，EBIS工艺优势更为突出，正迅速得到推广与应用。

项目亮点介绍

(1) 实施效果

该改造项目建设完成后，处理效果稳定，出水水质优良，出水主要污染物指标稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，同时解决了原CASS工艺冬季运行效果差的问题。

该工艺的可提升微孔曝气软管经现场实际操作可轻松实现曝气设备的不停车更换及在线清洗功能，方便检修与更换;溶解氧控制系统可实现自动调整风机风量从而实现溶解氧的实时控制;空气推流系统可实现系统内部20~30倍的大比例循环稀释，抗冲击效果好，曝气设备充氧效率高，整个系统节能降耗明显。

(2) 社会效益

本项目将原有CAST池改造为EBIS反应池(包含厌氧区、低氧曝气区、二沉池)，即在原有生化池的基础上且没有新增用地的情况下，处理水量翻倍、处理效果及稳定性均好于原CASS 池处理效果，稳定达到一级A类排放标准的同时解决了冬季低温情况下，出水氨氮超标的问题，解决了项目无新增占地的问题。

该工艺节能高效、同步脱氮、耐冲击性强，三废产量低，有助于早日实现碳中和的要求与目标。

项目技术工艺/装备简介

(1)技术工艺/装备名称

微氧循环流(EBIS)污水处理工艺。

(2)技术工艺/装备原理

1) EBIS工艺的主要理论基础

EBIS工艺污水生物处理，主要有四个基本原则：

①　在较高浓度的活性污泥中，培养尽可能多、生长速度慢的特殊菌种，来降解污水中难降解的有机物。②　进行大比倍循环稀释，并在每个循环过程中处理尽可能少的有机物，同时使进水与出水的浓度梯度尽可能达到最小，处理难度最低。③　溶解氧浓度稳定的控制在0.5mg/L左右，溶解氧浓度的控制是通过溶解氧监测仪自控回路控制鼓风机风量来实现。④　由于微生物菌群和特性的改变，以及水力结构和快速澄清系统的特性，使得生物池中活性污泥浓度均匀稳定在较高水平上。

2) 除碳技术原理

EBIS工艺去除COD的理论基础和传统的好氧活性污泥反应的理论基础基本相同，都是微生物群体利用水中的溶解氧，降解水中的有机物来提供自身能量并进行繁殖，从而使污水得到净化的过程。其反应动力学也符合莫诺模式，但工艺本身也对传统的好氧生物法进行了较大的改进。其主要降解方程式为：

有机物的氧化分解：

原生物的同化合成(以氨为氮源)：

3) 脱氮技术原理

在EBIS曝气池前半段溶解氧都被微生物降解有机物所消耗，溶解氧浓度基本都处在0～0.05mg/L，在生化池后半段，负荷降低，溶解氧开始有富余，溶解氧在0.05～0.5 mg/L，这样的溶解氧浓度条件，给硝化反硝化的同时进行提供了一个最佳环境。氨氮硝化反硝化过程有短程硝化反硝化和全程硝化反硝化过程两种。

全程硝化过程就是反硝化菌群利用NO3-作电子受体，进行反硝化，而短程硝化中反硝化菌群可以利用NO2-作电子受体进行反硝化，即亚硝化微生物将NH4+-N转化为NO2--N，随即由反硝化微生物直接进行反硝化反应,将NO2--N还原为N2释放，整个生物脱氮过程比全程硝化历时要短得多。在EBIS工艺中，以短程硝化反硝化为主。全程反硝化和短程反硝化过程简图下图所示：

同时短程硝化反硝化生物脱氮过程，除了具备同时生物脱氮过程的一系列优点外，与全程硝化反硝化相比，还具备特有的一些优点：

①　硝化阶段可减少25%左右的好氧量，降低了能耗;②　反应时间短;③　具备较高的反硝化速率, NO2-的反硝化速率通常比NO3-高63%左右。

所以其生物脱氮过程比一般硝化—反硝化反应进程较快，脱氮效率高。其主要方程式：

而全程反硝化主要反应：

4) 除磷技术原理

EBIS工艺的生物除磷是靠污水中存在的一定量的某些细菌种群的生化作用来完成的。这些细菌包括不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属和棒杆菌属等，均属于异养性细菌，由于具有吸取磷的功能统称为聚磷菌，也称嗜磷菌。嗜磷菌交替地处于厌氧与好氧条件下，在厌氧条件下，聚磷菌体内的ATP进行水解，放出H3PO4和能量，吸收、粘附、吸附可溶性低分子量的可生化有机物(即碳源)，作为好氧吸取磷的能量贮存在细胞内;好氧状态时，碳源有机物被细菌所氧化，提供能量使嗜磷菌的细胞迅速增长和繁殖，从外部环境中将H3PO4摄入体内，摄入的H3PO4部分用于合成ATP，另一部分则用于合成聚磷酸盐贮存在细胞内。嗜磷菌既释放又摄取磷的生理机能是靠其细胞所特有的酶来实现的，由于摄取的磷在数量上远远大于释放的磷量，在运行中将吸取了大量磷的细胞随污泥排掉，则达到生物除磷的目的。

EBIS反应池中分别设置厌氧、好氧段，创造出一个好的厌氧—好氧—沉淀排放的循环过程，将污水中的磷随污泥排放。并且在厌氧和好氧状态下使活性污泥与污水充分混合，活性污泥始终处于悬浮状态，促使嗜磷菌的细胞与所要吸取的物质充分接触，以增加反应速度和加大吸取量。同时，曝气区良好的脱氮效果使得回流液中化合态氧(NO3-或NO2-)浓度很低，更促进磷的厌氧有效释放，进而大大提高好氧吸磷能力。

5) EBIS工艺核心技术主要创新点：

① 微生物技术：在低溶氧(0.5mg/L左右)、高污泥浓度(6~8g/L)环境下，创造同步硝化反硝化脱氮条件，脱氮效率高，提高污泥龄及抗冲击能力，形成独有优势菌种。② 高效曝气系统：地毯式曝气、低通气量、充氧效率高(清水中6m有效水深充氧效率>35%)，关键设备可提升微孔曝气软管由德国合作伙伴定制开发。③ 高比倍水力循环系统：利用低能耗的空气形成几十倍甚至上百倍的混合液内循环，稀释进水，降低冲击负荷，均匀系统内污染负荷，保持溶氧控制稳定。④ 高效泥水分离系统：根据不同处理规模及污水性质拥有多种泥水分离结构。⑤ 一体化结构：将不同处理单元有机结合，节省占地、管道及投资。⑥ 精确的溶解氧控制技术：根据进水水质水量实时智能控制风量及溶解氧。

(3)技术工艺/装备特点

①能耗低：通常情况下可以降低生化系统日常运营电耗约30%。

②效果好：采用专有技术利用常规市政污泥即可培养出稳定的优势菌种，微生物浓度高、活性好、处理效率高，使出水污染物浓度至少比其他工艺低10%-30%。

③耐低温：污水温度在6-10℃时，处理效率仍可在85%(有机物)和70%(TN)以上。

④自动化程度高：公司自主开发的溶解氧控制系统实时智能控制风量及溶解氧，节能降耗，同时为微生物提供稳定的生活环境，提高系统的抗冲击能力。

⑤特别适用于集约型项目：与同类工艺相比占地面积节约30%以上，在不扩大污水处理设施面积的情况下，可大幅提升污水处理规模。

⑥投资省：在以上基础上，EBIS工艺降低了整体投资、运营费用。

⑦维护简单：曝气系统核心设备可提升微孔曝气软管可以在线自清洗，在不排空池体情况下进行不停车更换。

(4)工艺/装备流程图