本发明涉及污泥减量排放领域，尤其是涉及一种超声填料组合污泥减量装置及工艺。
背景技术：
随着社会经济的持续发展和城市化进程加快，城市污水和工业废水排放量和处理量日益增大，相应的污水处理厂的污泥产生量也急剧上升。目前，我国每年干污泥产量约为934万吨，而且还以10％的速度逐年增长。
剩余污泥含水率高、体积大，通常采用先浓缩、脱水减容，再焚烧、卫生填埋、堆肥和土地利用等方式进行最终处置的方法。然而，剩余污泥中含有大量有害化学物质、寄生虫及重金属等，处理不当会威胁生态环境和人群健康。因此，无论是卫生填埋还是焚烧，均会遭遇选址困难和二次污染等问题。此外，污泥处理处置费用通常占污水处理厂总运行费用的25～50％，已成为污水运营单位沉重的财政负担。
在污水处理过程中实现污泥原位减量是解决剩余污泥问题的重要途径之一。污泥原位减量技术主要包括物理化学和生物过程减量技术两大类。物理化学原位减量技术通过向污泥中投加化学药剂(氧化剂、解偶联剂等)或者采用物理强化(如超声、高温热水解、微波)实现。尽管物化减量方法具有效果好、速度快的优点，但化学药剂投加尚需解决毒性副产物的产生、微生物活性抑制等问题，物化技术还面临能耗和成本偏高的问题。生物原位减量技术包括好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺、微型动物捕食、水解酸化预处理工艺、投加酶制剂或功能性微生物等。生物原位减量技术具有运行成本低、运行管理方便的优点，但是现有的好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺等往往减量效果不明显。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超声填料组合污泥减量装置及工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超声填料组合污泥减量装置，包括：
主流生物处理组件：包括沿污泥流动方向依次连接的缺氧池、曝气池和沉淀池，所述的沉淀池的底部还通过管道接回所述缺氧池；所述的曝气池底部通过管道接回所述缺氧池。
侧流污泥减量组件：包括沿污泥流动方向依次连接的超声单元和生物减量单元，所述超声单元的入口连接所述沉淀池底部管道，所述生物减量单元的出口返回连接所述缺氧池。
作为上述方案的优选，所述的生物减量单元包括生物减量池和填充在生物减量池内的悬浮填料，在生物减量池底部还设有使所述悬浮填料呈现悬浮或漂浮状态的旋转单元。
作为上述优选方案的更优选，所述的悬浮填料为SPR-1填料或德国海绵填料，其填充率为5～60％
作为上述优选方案的更优选，所述的生物减量池为厌氧池；
工作时，旋转单元的转速为100～500rpm。
超声填料组合污泥减量工艺，包括以下步骤：
(1)将待处理污水依次送入缺氧池和曝气池中处理，曝气池泥水混合液在沉淀池固液分离后，底部沉淀的污泥一部分回流至缺氧池，另一部分泵入超声单元；
(2)超声单元预处理污泥后，继续送入生物减量单元处理，最后回流至缺氧池。
作为上述方案的优选，步骤(1)中从沉淀池底部排出的污泥中送入超声单元的比例为5-100％。
作为上述方案的优选，步骤(2)中超声单元中的水力停留时间为0.5～30min，超声处理时的声能密度为0.1～2W/ml。
作为上述方案的优选，步骤(2)中超声单元的运行方式为：超声5s，停止5s。
作为上述方案的优选，步骤(2)中生物减量单元的水力停留时间为1～15天。
本发明为超声预处理耦合填料微生物富集活性污泥原位减量化处理，污泥减量型厌氧水解微生物经生物减量池内的悬浮填料挂膜驯化培养，进行污泥减量化处理的工艺启动与运行。本发明可提升污泥原位减量工艺的厌氧侧流减量速度，缩短反应时间，提高污泥减量效率。
本发明的减量化装置中：1)超声单元的前后端各有一个接口。主流生物处理组件曝气池污泥由前端接口流入超声单元，利用超声装置在短时间内产生的强大剪切力，使污泥颗粒粒径减小到适宜微生物水解的程度，增加颗粒的比表面积。此外，超声处理会使部分污泥颗粒破解，释放胞内物质，为减量微生物的增殖提供更多优质碳源。超声预处理后的污泥由后端接口流入生物减量单元。2)生物减量单元前后端各有一个接口。超声预处理后的污泥由前端接口入流生物减量单元。生物减量单元中填充悬浮填料，填料表面会富集世代生长周期较长的减量微生物，提高系统生物量，丰富该单元的生物相。超声预处理污泥经该单元生物减量后，通过后端接口由回流泵输送至主流生物处理系统前端。因此侧流污泥减量单元与主流生物处理系统又形成了溶胞-隐性生长减量构型。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)超声在短时间内产生强有力的剪切力，使污泥颗粒粒径减小，增大颗粒比表面积，适宜后续单元减量微生物吸收利用；亦可溶胞出更多的碳源提供给减量微生物增殖。从而加速水解速率，减少SSR反应器体积。
(2)由于侧流池中的污泥能够以生物膜的方式被固定在填料上，微生物在侧流池的停留时间变长，使得生长周期较长的微生物也能够繁殖，原生动物、后生动物的数量增多，富集在填料上形成厌氧菌层。结合缺氧好氧单元引入的异养菌，可实现协同减量。同时填料丰富了生物相，通过调节运行参数等方法，充分发挥生物捕食作用以及微生物的自身内源代谢作用，高度实现污泥减量化。
(3)超声预处理耦合填料微生物富集活性污泥原位减量化工艺，综合了上述两种方式的优点，优势互助，既能有效通过超声缩小颗粒粒径，降低后续厌氧水解负荷，加速水解速率，减少SSR反应器体积；又能通过填充填料给厌氧菌提供良好的生存环境，协同主反应器中异养菌，充分发挥溶胞隐性增长和生物捕食作用，高度实现污泥减量化。在降低SSR体积的同时控制物化技术的能耗，则能实现技术优势互补，推动污泥原位减量技术的产业化应用。
附图说明
图1为本发明的装置流程示意图；
图中，1为进水泵，2为缺氧池，3为曝气池，4为沉淀池，5为超声单元，6为生物减量单元，7为计量泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
(1)主流生物处理组件的沉淀池4底部的30％的污泥首先泵入超声单元5，超声单元水力停留时间为20min。超声装置声能密度范围为0.5W/ml，运行方式为运行5s，停止运行5s，保证超声的均匀性和溶胞的效果；进入超声单元的污泥浓度为4.5g/L，超声单元初始污泥量为2L。
(2)将超声预处理后污泥引200ml进入装有SPR-1型悬浮填料的厌氧侧流池(即生物减量单元)6。厌氧侧流池6的初始污泥量为2L，填充率为15％。厌氧侧流池内的转速控制为200转/分钟。悬浮填料在池中呈现悬浮和漂浮的状态。
(3)保证水力停留时间为10天，将厌氧侧流池6处理后的污泥经计量泵7每天引出200ml回流至传统原位减量工艺的缺氧池2。
经数据检测分析，上述超声加填料工艺的污泥减量率可达13.23％，污泥的有机质减量率可达17.16％。而对比例1(与上述实施例1相比，除了不加生物减量池外，其余工艺都一样)的MLSS减量率仅为4.13％，MLVSS减量率仅为6.86％。两者相比较，实施例1的超声加填料的工艺比超声不加填料的MLSS减量多2.2倍，比超声不加填料的MLVSS减量多1.5倍。可明显看出实施例1中的超声耦合填料的减量效果。
实施例2
一种超声填料组合污泥减量工艺，如图1所示，包括以下步骤：
(1)将待处理污水经进水泵1依次送入缺氧池2和曝气池3中处理，曝气池3中的泥水混合液进入沉淀池4固液分离后，底部沉淀的污泥的5％泵入超声单元5，其余全部返回缺氧池2，超声处理工艺为：水力停留时间为0.5min，超声处理时的声能密度为0.1W/m，运行方式为：超声5s，停止5s；
(2)超声单元5预处理污泥后，继续送入生物减量单元6处理，最后经计量泵7输送回流至缺氧池2。生物减量单元6包括生物减量单元6池和填充在生物减量单元6池内的悬浮填料，悬浮填料为SPR-1填料，其填充率为5％。在生物减量单元6池底部还设有使悬浮填料呈现悬浮或漂浮状态的旋转单元(如搅拌桨等)，工作时，旋转单元的转速为100rpm。生物减量单元6的水力停留时间为1天。
步骤(1)中曝气池3底部通过管道接回缺氧池2为常规工艺中的硝酸盐回流至缺氧池2中还原为氮气的过程。
经检测后，本实施例的污泥减量率可达12.05％，污泥的有机质减量率可达15.62％。
实施例3
除了本实施例中沉淀池4底部的沉淀全部泵入超声单元5，超声单元5的水力停留时间为20min，超声处理时的声能密度为2W/m，悬浮填料为德国海绵填料，填充率为60％，旋转单元的转速为500rpm，生物减量单元6的水力停留时间为15天外，其余均与实施例2一样。
经检测后，本实施例的污泥减量率可达15.22％，污泥的有机质减量率可达18.97％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。