本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種用于污泥減量穩定化的裝置及方法。
背景技術：
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至2015年全國污水處理能力約1.62億立方米/日，產泥量極大，經二沉池流出剩余污泥初始含水率達到99.9％，且污泥減量脫水困難。
污泥經過濃縮后直接機械脫水，使得污泥中有機物等沒有得到穩定，對環境有較大的危害性。
污泥通過厭氧發酵，污泥消毒等過程后，污泥得到一定的穩定，能減少對環境危害。
實驗研究發現：剩余污泥經過慢速冷凍，融化后污泥沉降性能得到提升，凍融過程產生的冰針使污泥中絮體結構得到一定破壞。
目前許多研究證實：凍融處理可以降低污泥結合水含量、改善污泥脫水效果、殺滅污泥病原菌、從含油污泥中分離油等。
通過氯氣或次氯酸鈉消毒后，污泥中微生物被氧化破壞，胞體結構也被破壞，使污泥脫水更容易、且污泥毒害性降低。
我國北方寒冷地區，因冬季氣候特征，適合污泥凍融處理，能降低污泥處理成本，但夏季時候因氣溫原因，導致凍融處理不能常年進行，從而導致污泥凍融處理設備難以推廣。
目前，涉及污泥脫水穩定的設備較多，但大多功能單一，且較大比例采用序批示反應器，在一定程度上限制了污泥脫水、穩定化的工藝和處理效果。
基于以上，集成一種能兼顧污泥消毒，污泥凍融，污泥發酵的工藝設備和方法具有較大的工程實用價值。
技術實現要素：
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本發明的目的是，針對現有技術中污泥脫水、污泥穩定化等污水廠工藝缺陷，提供一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置及方法，該裝置集成污泥消毒，污泥凍融與污泥發酵功能于一體，實現污泥的減量化和穩定化處理，適用于外界不同氣候溫度的變化。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，該裝置包括罐體，所述罐體頂部外側設有加壓裝置、抽真空裝置、氣壓表、通氣閥門和安全閥門；所述的罐體底部內側設有分散管道，底部外側設有消毒裝置和排泥閥門；所述的罐體側壁設有進泥閥門；
其中：
所述的加壓裝置設有加壓閥門，所述的加壓裝置通過加壓閥門和罐體連接；
所述的抽真空裝置設有抽真空閥門，所述的抽真空裝置通過抽真空閥門和罐體連接；
所述的消毒裝置設有消毒閥門，所述的消毒裝置通過消毒閥門和罐體底部內側的分散管道連接。
所述裝置的所有閥門均可控制開閉，閥門打開能使罐體與外界或相應裝置連接，閥門閉合能切斷連接，所有閥門閉合能密閉罐體。
所述的罐體能安全承受壓力±5×102kpa。
所述的分散管道用于使由消毒裝置投加的消毒藥劑均勻分散進入罐體內，提高消毒藥物與污泥接觸面積，提升消毒效果。
所述的消毒裝置為曝氣裝置，或藥劑投加裝置。
所述的藥劑為次氯酸鈉、漂白粉或生石灰中的一種。
所述的曝氣裝置用于向污泥中曝入氯氣。
所述的加壓裝置為打氣機或氣體發生器，所述的加壓充入氣體為空氣或氮氣中的一種或幾種。
所述的氣壓表，用于指示罐體氣壓值。
所述的安全閥門，用于保護罐體因氣壓過大或過低而破裂。
采用所述的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，對污泥進行減量化和穩定化處理的方法，根據氣溫的不同，當氣溫≤0℃時，采用方法(一)；當氣溫＞0℃時，采用方法(二)；具體操作步驟如下：
方法(一)：
步驟1，污泥入罐：
開啟進泥閥門，將污泥投入罐體；其中污泥投入量為罐體體積的1/2～4/5；
步驟2，污泥消毒：
(1)開啟消毒閥門，通過消毒裝置，向污泥中投入污泥消毒藥劑；
(2)關閉裝置所有閥門，使罐體處于密封狀態，完成消毒，形成消毒后的污泥；
步驟3，變壓冷凍：
根據氣溫情況，調整罐體內壓力，使罐體內消毒后的污泥冰點降至氣溫以下，進行冷凍；
步驟4，相對真空溶解；
溶解冷凍的污泥，并在溶解過程中，通過抽真空裝置使罐體內保持相對真空狀態，形成溶解后的污泥，靜置5～50min，溶解后的污泥沉降，實現泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分；
步驟5，回壓及排泥排水
(1)開啟罐體上部通氣閥門，使罐體氣壓恢復至正常氣壓；
(2)開啟排泥閥門，在重力作用下，底部濃縮污泥與上部水分先后排出，完成污泥的減量化和穩定化處理；
方法(二)：
步驟1，罐體接種：
向罐體中接種適宜污泥厭氧發酵的菌體；
步驟2，污泥入罐：
開啟進泥閥門，將污泥投入罐體；其中，所述污泥投入量為罐體體積的1/2～4/5；
步驟3，抽真空與厭氧發酵
關閉進泥閥門，通過抽真空裝置使罐體內保持負壓狀態，并達到厭氧環境，關閉抽真空閥門，接種進入的厭氧發酵菌體使污泥發酵，形成發酵后的污泥；
步驟4，回壓及排泥排水：
(1)當氣溫在0～15℃時，進行(1-1)的操作；當氣溫＞15℃時，進行(1-2)的操作；
(1-1)靜沉處理：
發酵后的污泥靜止5～50min，發酵后的污泥沉降，實現泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分，開啟罐體上部通氣閥門，使罐體氣壓恢復至正常氣壓；
(1-2)消毒后靜沉處理：
開啟罐體上部通氣閥門，使罐體氣壓恢復至正常氣壓后，開啟消毒閥門，通過消毒裝置，向發酵后的污泥中投入污泥消毒藥劑，完成消毒，形成消毒后的污泥，靜置5～50min，消毒后的污泥沉降，實現泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分；
(2)開啟罐體排泥閥門，在重力作用下，濃縮污泥與水分先后排出，完成污泥的減量化和穩定化處理。
所述的方法(一)步驟1中，在開啟進泥閥門之前，裝置所有閥門處于關閉狀態。
所述的方法(一)步驟2(1)中，在開啟消毒閥門之前，裝置所有閥門處于關閉狀態。
所述的方法(一)步驟2(1)中，污泥消毒藥劑為氯氣、次氯酸鈉、漂白粉或石灰中的一種或幾種。
所述的方法(一)步驟3中，根據氣溫情況，調整罐體內壓力的方法為：
當氣溫低于罐體內壓力下消毒后的污泥冰點，加大罐體內壓力，使罐體內壓力為1.2×102～5×102Kpa，使消毒后的污泥在氣溫低于污泥冰點條件下冷凍；
當氣溫高于罐體內壓力下消毒后的污泥冰點，封閉罐體0.5～3h后，降低罐體內壓力，使罐體壓力降為-5×102～0.8×102Kpa，使消毒后的污泥在氣溫低于污泥冰點條件下冷凍；
所述的方法(一)步驟3中，加大罐體內壓力通過加壓裝置進行；降低罐體內壓力通過抽真空裝置進行。
所述的方法(一)步驟3中，調整罐體內壓力的同時，能夠促進消毒后的污泥中消毒藥劑的溶解度。
所述的方法(一)步驟3中，污泥冷凍方式為自然冷凍或人工凍庫冷凍。
所述的方法(一)步驟4中，在溶解過程中利用抽真空裝置，使罐體氣壓達到相對真空狀態后，關閉所有閥門，使罐體封閉；當罐體內氣壓回升后，再次抽真空使罐體持續保持相對真空狀態。
所述的方法(一)步驟4中，溶解的方式為，利用氣溫回升溶解或者外加熱源溶解。
所述的方法(一)步驟4中，使罐體內保持相對真空狀態的目的在于，降低罐體內氣壓，降低氣體溶解度，排出污泥中的毛細水，罐體內壓力范圍為-3×102～0.5×102Kpa。
所述的方法(一)步驟4中，溶解后的污泥，生物活性降低、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，溶解后的污泥能在幾分鐘內實現沉降，沉降性能加強，且凍融使污泥中細胞破碎，有助重金屬的溶出，經過機械脫水后，污泥中的重金屬含量減少。
所述的方法(一)步驟5(1)中，通氣閥門開啟后，罐體與大氣連通，使罐體氣壓恢復至正常氣壓。
所述的方法(一)步驟5(2)中，底部濃縮污泥送往機械脫水，上部水分回流至水廠進水口。
所述的方法(一)和方法(二)中，所述的污泥來源于污水處理廠，所述污泥的含水率為90～99.99％。
所述的方法(一)和方法(二)中，所述的污泥消毒，目的在于降低污泥中病源微生物的危害性。
所述的方法(二)步驟1中，菌體接種方式為，投加來自污泥厭氧發酵壞境的污泥。
所述的方法(二)步驟3中，污泥發酵過程中，接種進入的厭氧發酵菌體利用污泥中的有機物迅速繁殖并發酵污泥。
所述的方法(二)步驟3中，污泥發酵過程中，產生沼氣，沼氣通過排氣閥門排出，并進行資源化利用。
所述的方法(二)步驟3中，通過抽真空裝置使罐體內保持負壓狀態的同時，罐體內的氧氣及液體水分中的溶解氧同時減少，使罐體內達到厭氧環境。
所述的方法(二)步驟3中，產生沼氣的同時，罐體內由負壓變為正壓；所述沼氣的主要成分為甲烷。
所述的方法(二)步驟3中，污泥經過厭氧發酵后，生物活性、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，脫水性能加強。
所述的方法(二)步驟4(1-1)中，通氣閥門開啟后，罐體與大氣連通，使罐體氣壓恢復至正常氣壓。
所述的方法(二)步驟4(1-2)中，在開啟消毒閥門之前，裝置所有閥門處于關閉狀態。
所述的方法(二)步驟4(1-2)中，污泥消毒藥劑為氯氣、次氯酸鈉、漂白粉或石灰中的一種或幾種。
所述的方法(二)步驟4(1-2)中，污泥經發酵與消毒后，毒害性減少，沉降性能得極大的提升，靜置沉淀后，實現污泥的泥水分離。
所述的方法(二)步驟(1-1)和(1-2)中，底部濃縮污泥送往機械脫水，上部水分回流至水廠進水口。
本發明的有益效果：
(1)本發明的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置操作靈活性大，適用于一般濃縮池污泥，二沉池剩余污泥等高含水率污泥。
(2)本發明的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置適用于污泥濃縮、污泥消毒、污泥凍融、污泥變壓凍融、污泥沉淀等多種工藝。
(3)本發明的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置適用于多種地區和多種氣候，且可隨著外界氣溫條件的變化調節處理工藝。
(4)本發明的污泥減量化和穩定化處理方法結合外界氣候氣溫特點，加強污泥的穩定和脫水。
附圖說明：
圖1為本發明用于污泥減量化和穩定化處理的裝置結構示意圖；
其中，1-進泥閥門，2-罐體，3-分散管道，4-消毒閥門，5-排泥閥門，6-安全閥門，7-通氣閥門，8-抽真空閥門，9-加壓閥門，10-打氣機或氣體發生器，11-抽真空裝置，12-氣壓表，13-曝氣機或藥劑投加裝置。
具體實施方式：
下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。
實施例1
一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，結構示意圖如圖1所示，包括罐體2，罐體2頂部外側設有打氣機10、抽真空裝置11、氣壓表12、通氣閥門7和安全閥門6；罐體2底部內側設有分散管道3，；罐體2底部外側設有曝氣機13和排泥閥門5；罐體2側壁設有進泥閥門1；其中：
打氣機10設有加壓閥門9，打氣機10通過加壓閥門9和罐體2連接；
抽真空裝置11設有抽真空閥門8，抽真空裝置11通過抽真空閥門8和罐體2連接；
曝氣機13設有消毒閥門4，曝氣機13通過消毒閥門4和罐體2底部內側的分散管道3連接；
氣壓表12用于指示罐體2氣壓值；
安全閥門6用于保護罐體2因氣壓過大或過低而破裂。
采用所述的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，對污泥進行減量化和穩定化處理的方法，溫度≤0℃，采用方法(一)，具體操作步驟如下：
步驟1，污泥入罐：
使裝置所有閥門處于關閉狀態，開啟進泥閥門1，將來源于污水處理廠，含水率為99％的污泥投入罐體2；其中污泥投入量為罐體2體積的2/3；
步驟2，污泥消毒：
(1)使裝置所有閥門處于關閉狀態，開啟消毒閥門4，通過曝氣機13，向污泥中曝入氯氣，氯氣由分散管道3均勻分散進入污泥中；
(2)關閉裝置所有閥門，使罐體2處于密封狀態，完成消毒，形成消毒后的污泥；
步驟3，變壓冷凍：
經測得外界溫度低于罐體2內壓力下消毒后的污泥冰點，通過打氣機10，充入空氣，加大罐體2內壓力，使罐體2內壓力保持在1.2×102～5×102Kpa，使消毒后的污泥在溫度低于該污泥冰點條件下，進行自然冷凍；
步驟4，負壓真空溶解；
利用自然溫度回升溶解冷凍的污泥，并在溶解過程中，通過抽真空裝置11，使罐體2氣壓達到相對真空狀態后，關閉所有閥門，使罐體2封閉；當罐體2內氣壓回升后，再次抽真空使罐體2持續保持相對真空狀態，使罐體2內的壓力保持在-3×102Kpa，形成溶解后的污泥，溶解后的污泥生物活性降低、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，沉降性能加強，靜置5min，溶解后的污泥實現沉降，泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分；
步驟5，回壓及排泥排水
(1)開啟罐體2上部通氣閥門7，罐體2與大氣連通，使罐體2氣壓恢復至正常氣壓；
(2)開啟排泥閥門5，在重力作用下，底部濃縮污泥與上部水分先后排出，底部濃縮污泥送往機械脫水，因污泥經過凍融處理，污泥的脫水性能增強，污泥中微生物細胞得到一定破碎作用，有助重金屬的溶出，經過機械脫水后，污泥中的重金屬含量減少，上部水分回流至水廠進水口，完成污泥的減量化和穩定化處理。
實施例2
一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，結構示意圖如圖1所示，包括罐體2，罐體2頂部外側設有打氣機10、抽真空裝置11、氣壓表12、通氣閥門7和安全閥門6；罐體2底部內側設有分散管道3，；罐體2底部外側設有曝氣機13和排泥閥門5；罐體2側壁設有進泥閥門1；其中：
打氣機10設有加壓閥門9，打氣機10通過加壓閥門9和罐體2連接；
抽真空裝置11設有抽真空閥門8，抽真空裝置11通過抽真空閥門8和罐體2連接；
曝氣機13設有消毒閥門4，曝氣機13通過消毒閥門4和罐體2底部內側的分散管道3連接；
氣壓表12用于指示罐體2氣壓值；
安全閥門6用于保護罐體2因氣壓過大或過低而破裂。
采用所述的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，對污泥進行減量化和穩定化處理的方法，溫度≤0℃，采用方法(一)，具體操作步驟如下：
步驟1，污泥入罐：
使裝置所有閥門處于關閉狀態，開啟進泥閥門1，將來源于污水處理廠，含水率為97％的污泥投入罐體2；其中污泥投入量為罐體2體積的4/5；
步驟2，污泥消毒：
(1)使裝置所有閥門處于關閉狀態，開啟消毒閥門4，通過曝氣機13，向污泥中曝入氯氣，氯氣由分散管道3均勻分散進入污泥中；
(2)關閉裝置所有閥門，使罐體2處于密封狀態，完成消毒，形成消毒后的污泥；
步驟3，變壓冷凍：
經測得外界溫度高于罐體2內壓力下消毒后的污泥冰點，對罐體2進行封閉0.5～3h后，通過抽真空裝置11，降低罐體2內壓力，使罐體2壓力降至-5×102～0.8×102Kpa，使消毒后的污泥冰點降至溫度以下，進行人工凍庫冷凍；
步驟4，負壓真空溶解；
利用外加熱源溶解冷凍的污泥，并在溶解過程中，通過抽真空裝置11，使罐體2氣壓達到相對真空狀態后，關閉所有閥門，使罐體2封閉；當罐體2內氣壓回升后，再次抽真空使罐體2持續保持相對真空狀態，使罐體2內的壓力保持在0.5×102Kpa，形成溶解后的污泥，溶解后的污泥生物活性降低、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，沉降性能加強，靜置10min，溶解后的污泥實現沉降，泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分；
步驟5，回壓及排泥排水
(1)開啟罐體2上部通氣閥門7，罐體2與大氣連通，使罐體2氣壓恢復至正常氣壓；
(2)開啟排泥閥門5，在重力作用下，底部濃縮污泥與上部水分先后排出，底部濃縮污泥送往機械脫水，因污泥經過凍融處理，污泥的脫水性能增強，污泥中微生物細胞得到一定破碎作用，有助重金屬的溶出，經過機械脫水后，污泥中的重金屬含量減少，上部水分回流至水廠進水口，完成污泥的減量化和穩定化處理。
實施例3
一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，結構示意圖如圖1所示，包括罐體2，罐體2頂部外側設有打氣機10、抽真空裝置11、氣壓表12、通氣閥門7和安全閥門6；罐體2底部內側設有分散管道3，；罐體2底部外側設有藥劑投加裝置13和排泥閥門5；罐體2側壁設有進泥閥門1；其中：
打氣機10設有加壓閥門9，打氣機10通過加壓閥門9和罐體2連接；
抽真空裝置11設有抽真空閥門8，抽真空裝置11通過抽真空閥門8和罐體2連接；
藥劑投加裝置13設有消毒閥門4，藥劑投加裝置13通過消毒閥門4和罐體2底部內側的分散管道3連接；
氣壓表12用于指示罐體2氣壓值；
安全閥門6用于保護罐體2因氣壓過大或過低而破裂。
采用所述的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，對污泥進行減量化和穩定化處理的方法，溫度在0～15℃，采用方法(二)，具體操作步驟如下：
步驟1，罐體接種：
向罐體2中投加來自污泥厭氧發酵壞境的污泥；
步驟2，污泥入罐：
開啟進泥閥門1，將來源于污水處理廠，含水率為90％的污泥投入罐體2；其中，所述污泥投入量為罐體2體積的1/2；
步驟3，抽真空與厭氧發酵
關閉進泥閥門1，通過抽真空裝置11使罐體2內保持負壓狀態，通過抽真空裝置11使罐體2內保持負壓狀態的同時，罐體2內的氧氣及液體水分中的溶解氧同時減少，使罐體2內達到厭氧環境，關閉抽真空閥門8，接種進入的厭氧發酵菌體利用污泥中的有機物迅速繁殖并發酵污泥，產生主要成分為甲烷的沼氣，沼氣通過排氣閥門排出，并進行資源化利用，產生沼氣的同時，罐體2內由負壓變為正壓，發酵完成，形成發酵后的污泥；
污泥經過厭氧發酵后，生物活性、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，脫水性能加強；
步驟4，回壓及排泥排水：
(1)靜沉處理：
發酵后的污泥靜置5min，發酵后的污泥沉降，實現泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分，開啟罐體2上部通氣閥門7，罐體2與大氣連通，使罐體2氣壓恢復至正常氣壓；
(2)開啟罐體2排泥閥門5，在重力作用下，濃縮污泥與水分先后排出，濃縮污泥送往機械脫水，水分回流至水廠進水口，完成污泥的減量化和穩定化處理。
實施例4
一種用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，結構示意圖如圖1所示，包括罐體2，罐體2頂部外側設有氣體發生器10、抽真空裝置11、氣壓表12、通氣閥門7和安全閥門6；罐體2底部內側設有分散管道3，；罐體2底部外側設有排泥閥門5，底部外側設有藥劑投加裝置13；罐體2側壁設有進泥閥門1；其中：
氣體發生器10設有加壓閥門9，氣體發生器10通過加壓閥門9和罐體2連接；
抽真空裝置11設有抽真空閥門8，抽真空裝置11通過抽真空閥門8和罐體2連接；
藥劑投加裝置13設有消毒閥門4，藥劑投加裝置13通過消毒閥門4和罐體2底部內側的分散管道3連接；
氣壓表12用于指示罐體2氣壓值；
安全閥門6用于保護罐體2因氣壓過大或過低而破裂。
采用所述的用于污泥減量化和穩定化處理的裝置，對污泥進行減量化和穩定化處理的方法，溫度＞15℃，采用方法(二)，具體操作步驟如下：
步驟1，罐體接種：
向罐體2中投加來自污泥厭氧發酵壞境的污泥；
步驟2，污泥入罐：
開啟進泥閥門1，將來源于污水處理廠，含水率為99.99％的污泥投入罐體2；其中，所述污泥投入量為罐體2體積的4/5；
步驟3，抽真空與厭氧發酵
關閉進泥閥門1，通過抽真空裝置11使罐體2內保持負壓狀態，通過抽真空裝置11使罐體2內保持負壓狀態的同時，罐體2內的氧氣及液體水分中的溶解氧同時減少，使罐體2內達到厭氧環境，關閉抽真空閥門8，接種進入的厭氧發酵菌體利用污泥中的有機物迅速繁殖并發酵污泥，產生主要成分為甲烷的沼氣，沼氣通過排氣閥門排出，并進行資源化利用，產生沼氣的同時，罐體2內由負壓變為正壓，發酵完成，形成發酵后的污泥；
污泥經過厭氧發酵后，生物活性、毒害性減弱，污泥得到一定穩定，污泥中絮體結構得到破壞，脫水性能加強；
步驟4，回壓及排泥排水：
(1)消毒后靜沉處理：
開啟罐體2上部通氣閥門7，使罐體2氣壓恢復至正常氣壓后，使裝置所有閥門處于關閉狀態，開啟消毒閥門4，通過藥劑投加裝置13，向發酵后的污泥中，按2～10mg/g SS投入次氯酸鈉，由分散管道3均勻分散進入污泥中，完成消毒，形成消毒后的污泥，污泥經發酵與消毒后，毒害性減少，沉降性能得極大的提升，靜置50min，消毒后的污泥沉降，實現泥水分離，形成底部濃縮污泥與上部水分；
(2)開啟罐體2排泥閥門5，在重力作用下，濃縮污泥與水分先后排出，濃縮污泥送往機械脫水，水分回流至水廠進水口，完成污泥的減量化和穩定化處理。