有几种传统的处理和处置废物的方法。具体的处理和处置方法的选 择主要依赖两个因素：1)需要处理和处置的具体的废物；及2)处理 和处置设施必须安装的具体位置。受到特别关注的是人类废物的处理 和处置，通常称为生活废物，其包含细菌，具体地为粪大肠菌类细菌， 其在过量的浓度下造成严重的健康危害。生活废物的产生通常出现在 诸如远程的或移动的设施的位置，这提出与处理和处置有关的独特的 问题。传统的废物处理和处置系统已经为这些情况设计，然而，传统 的系统具有几个缺点。
用于远程和移动的设施的传统的废物处理和处置系统通常包括接 收和收集废物的大的保持箱。使用合适的化学药品可以给废物杀菌， 并且一旦杀菌，通常存放废物直到在其它地方用于进一步处理把其移 走。对于移动的设施，诸如车辆，船只，飞行器和铁路车辆，必须存 放废物直到移动的设施到达废物接收地点。对于远程的设施，具体地 为那些传统的下水道和腐败物处理系统不实际的设施，必须存放废物 直到废物能够移走并运送到废物接收地点的一定的时间，存放化学药 品和处理后的废物的需要，要求巨大的贮存能力且增加了建造和运转 移动的或远程的设施的成本。
在船只的情况，传统的处理和处置系统用化学药品和/或间接加热 处理废物材料以破坏细菌含量。一旦被处理，废物可以排放到环境中。 化学系统具有许多缺点，包括其采用的化学药品的花费及随着化学药 品的使用释放的有害气味。并且，化学系统在杀死细菌中并不总是有 效的，因此排放的废物材料依然造成污染和环境问题。采用间接加热 给废物材料消毒的系统也具有缺点，具体地为需要极大数量的热传输 区域以充分给废物消毒，及潜在需要化学氧化剂和燃料供给以产生需 要的热，这两方面都导致建造和运转花费的增加，
另外，愈加严格的环境规章禁止在诸如内陆水路和湖泊之类的某些 区域排放即使处理过的废物材料。传统的处理和处置系统不能用在这 些区域，因此需要足够贮存能力的装备用来保持废物直到到达废物接 收地点。必须定位和运送到废物接收地点的花费和不便作为不顾规章 且把保持箱直接排放到环境的诱因，破坏了环境规章的目的。
在美国专利No.6,106,703中，有名的发明者此处披露了采用内燃 机的排气来处理生活和其它类型的废物的废物处理和处置系统。美国 专利No.6,106,703的披露此处通过参考引入。该专利总地披露了废物 处理系统，其包括用于接收产生于输入源，诸如水头，厨房，淋浴器， 污水舱，或其它相似源的废物的保持箱，至少一个连接到保持箱的浸 渍器，用于减小团体废物颗粒尺寸的切碎器，离心分离器，注入器泵， 和设置在内燃机排气集管内部的注入器喷嘴。

本发明在几个方面改进了美国专利No.6,106,703披露的废物处理 和处置系统。本发明通过采用用于流体运动装置的共同能量源简化了 系统运转。另外，本发明包括臭氧发生器和高频激励器以在热处理之 前调节废物。本发明还包括液/液和气/液预热器以在注入排气流之前 热调节废物。预热废物增加了处置效率并增加了运转能力界限。切碎 器，此处指均化器做了巨大改进，包括对分级筛设计的改进，对刀片 设计的改进，允许反向运转的装置的改变，再循环入口及外部抽吸性 能的增加。这些改变改进了颗粒磨损，并消除了对固体废物分离装置， 诸如离心分离器的需要。本发明还通过增加排气集管卷筒零件改进了 注入器设计，排气集管卷筒零件消除了对改变现有排气集管的需要。 最后，增加了过程控制改进，其连同其他改变改进了整个系统效率和 性能，并减小了系统安装需要的空间。
附图说明
图1为示出了本发明的改进的废物处理和处置系统的一个优选的
实施例的过程流程图。
图2为具有外部泵特征的均化器的一个优选实施例的截面视图；
图3为具有内部泵叶轮特征的均化器的另一个优选实施例的截面 视图；
图4为在均化器内采用的刀片组件的一个优选的实施例的侧面透 视图。
图5为图4刀片组件的前部透视图。
图6为用于图4的刀片组件的三个刀片的第一个的前面透视图。
图7为用于图4的刀片组件的三个刀片的第二个的前面透视图。
图8为用于图4的刀片组件的三个刀片的第三个的前面透视图。
图9为具有图4的刀片组件特征的均化器的一个优选实施例的截面 视图。

在优选实施例的下列详细描述中，参考形成实施例的一部分的附 图，其中通过图示显示实践本发明的具体实施例。应理解可以采用其 他的实施例，且造成结构的变化，而不脱离本发明的范围。
图1示出了废物处理系统100的一个优选的实施例。保持箱1接收 来自诸如盥洗室，淋浴器，水槽，厨房，舱底，和其它有机废物源之 类的废物产生源的废物。来自产生源的废物穿过连接导管2输送到保 持箱1。保持箱1包括大气出口3和排放导管4。废物从保持箱1通过 排放导管4流到研磨泵5。研磨泵5通过减小存在于保持箱1内的任何 固体废物的尺寸并浸软保持箱1内的废物调节来自保持箱1的废物。 磨碎的废物从研磨泵5穿过导管7排放，导管7与均化器9流体连通。 均化器9在使用中，来自研磨泵5的一部分磨碎的废物穿过导管6再 循环回到保持箱1，辅助浸软保持箱1内的废物。当均化器9没有运转 时，所有来自研磨泵5的排放的废物再循环回到保持箱1。导管7内的 止回阀8防止废物从均化器9回流到保持箱1。
均化器9由原动机10驱动，其可以是传统的感应电动机或用于驱 动离心或正位移式旋转装备的任何其它装置。原动机10最好为换向感 应电动机。除了驱动均化器9，原动机10也可以通过公共轴用来驱动 研磨泵5。然而，为了图示的容易性，研磨泵5作为分离的抽吸元件在 图1示出，且不通过公共轴驱动。均化器9通过使废物穿过一系列切 割机刀片39和分级筛40(最好参看图2，3和9)减少了废物固体含 量的颗粒尺寸，使得没有尺寸大于最小分级筛孔的颗粒离开均化器9。 任何大于最小筛孔的颗粒将保留在均化器9内直到它们减小尺寸。废 物的液体部分与大致尺寸均匀的固体废物颗粒均匀化且它们从均化器 9穿过导管11一起排放。
为了增强消毒和处置过程，可以采用商业上可以得到的臭氧发生器 34A，以通过把臭氧通过文氏管35A注入导管11来预调节均匀化的废 物。臭氧通过破坏细菌给废物消毒，并且一旦注入排气流22还为有机 物的氧化提供另外的氧。虽然文氏管35A单独完成足够高的臭氧溶解， 可以采用混合器进一步增加溶解。依赖于废物的特点，设施约束，成 本，污染趋势，和机械耐久性，可以采用机械的，静态的或其它类型 的混合器。图1中，采用高频激励器36A，超声波装置。
预调节的均匀化废物供应给注入器泵12，其通过原动机10经由公 共轴驱动。注入器泵12最好为正位移类型的泵。预调节的均匀化废物 从注入器泵12排放到导管13。从导管13，分开均匀化的废物流。来 自导管13的一部分均匀化废物流再循环回到保持箱1。再循环的均匀 化废物流通过再循环一部分再循环的均匀化废物回到均化器9可以进 一步分开。再循环回到均化器9的均匀化废物可以穿过再循环口47供 应给均化器9，如图1，2，3和9所示，或可选地，可以与导管7内来 自保持箱1的供应结合并通过入口38供应到均化器9。
来自注入器泵12的剩余的均匀化废物流行进至预热器16，预热器 为液/液热交换器。在进入预热器16之前，均匀化的废物可以通过采 用第二臭氧发生器34B和其相连的文氏管35B进一步调节。相似于其 上游的配对物，采用高频激励器36B最大化臭氧的溶解。预热器16最 好为壳体和管子类型的交换器，可以使用水或其它与内燃机或其它装 置相关联的介质以把热传输到均匀化的废物燃料流。可选地，可以采 用热传输流体作为中间的吸热器，其接收来自与内燃机或其它装置相 关联的介质的热并传输热到废物流。预热均匀化的废物流增加了废物 流的水含量的温度并减小了对废物注入其中的排气流的冷却效果，从 而最大化了系统的吞吐量。离开预热器16后，废物继续穿过导管17， 导管17供给预热器18。预热器18为气/液热交换器，此处热从排气 22被吸收进入废物流，保证废物流中的水含量在废物注入前接近或超 过其蒸发温度。随着废物流中的水含量接近或超过其蒸发温度，一旦 废物被注入，需要闪蒸水含量的热最小化了。预热器18可选地为液/ 液热交换器，其采用热传输流体把热从排气22输送到废物流。卷筒零 件19容纳预热器18和注入器喷嘴20。卷筒零件19通过消除对现有排 放集管的任何需要的更改有利于系统的安装。
卷筒零件19还可以包括风扇或相似装置以增加排气22的速度，从 而保证紊流和注入的废物的径向分布。可选地，通过使用材料的另外 的源，诸如空气或再循环排气22补充排气22，可以增加排气22的流 动速率，这将增加其速度。
废物可以穿过注入器喷嘴20注入排气22，顺流或逆流到达排气22 流。为了最大化越过卷筒零件19的直径的废物分布，废物最好逆流注 入排气22流。另外，可以采用文氏管类型的卷筒零件使废物流从导管 17抽入排气22。文氏管类型的卷筒零件具有雾化废物流的任何液体部 分的另外的优点。并且，可以使用文氏管喷嘴。文氏管喷嘴中心设置 在卷筒零件19内并采用排气22流把废物流从导管17抽出，相似于文 氏管类型的卷筒零件。当预热的均匀化废物的注入时，废物燃料流中 的水部分闪蒸为蒸汽并连同排气22穿过排气器23离开卷筒零件19。 废物流中的固体废物颗粒被干燥并吸收足够的热以造成氧化。氧化导 致惰性矿物灰和水蒸气的产生。惰性矿物灰和水蒸汽与排气22一起流 出排气器23。
温度传感器21在进入排气器23之前测量排气22的温度。压力传 感器33测量注入器的管线压力。两个传感器21，33容纳在卷筒零件 19内并配备传播它们的测量值到计算机24的发射机。计算机24接收 来自远程或移动设施的电力，其中其通过电力供应线25安装，并控制 整个系统的运转。除了排气温度和注入器管线压力外，计算机24可以 接收来自安装在保持箱1内的高液面传感器31，低液面传感器32，和 高液面警报器102的值。可选地，如图1所示，高液面传感器31，低 液面传感器32，和高液面警报器102可以仅发送到与研磨泵5集成的 控制器。在这种配置下，研磨泵5独立于系统的其余部分运转。随着 研磨泵5的运转从系统运转中分离，计算机24采用压力传感器62以 保证在通过打开阀59允许废物流到均化器9前研磨泵5处于使用中。 计算机24还可以接收来自内燃机或输送排气22到废物处理系统100 的其它装置的另外的数据。计算机24控制系统的运转并允许通过远程 面板26监控内部和外部参数。
图1还示出了反冲洗系统和新鲜水净化系统，其使均化器9的反洗 和各种系统部件的净化成为可能。计算机24通过反向原动机10的运 转控制反冲洗系统，原动机反向均化器9和注入器泵12的运转。通过 反向均化器9和注入器泵12的运转，系统简单地反冲洗均化器9，从 而自我清洁容纳在均化器9内的内部零件。相似地，计算机24通过停 止废物处理并允许整个系统仅处理新鲜水来控制净化系统的运转。可 以从任何源向系统供给新鲜水，诸如移动的水箱28。在这种方式下， 来自移动的水箱28的新鲜水净化注入器喷嘴20，注入器泵12和均化 器9，及任何辅助装备，诸如预热器16，18，臭氧文氏管35A，35B， 及高频激励器36A，36B。回流防止器29防止反冲洗期间移动的水箱 28的污染。
计算机24通过采用流动调整控制阀和诸如电磁阀之类的完全打开 /完全关闭类型的阀的编程序的过程控制方案控制各种系统部件的运 转。计算机24通过控制阀15调整再循环的均匀化废物流相似地控制 再循环的均匀化废物通过再循环口47回到均化器9的速率。
在图1所示的优选的实施例中，注入速率由流动控制阀14和电磁 阀58，59控制。在正常运转期间，电磁阀58，59完全打开以及控制 阀14，15调整再循环回到保持箱1的流动。控制阀14的位置由计算 机24基于温度传感器21和/或压力传感器33的测量值设置。控制阀 14的位置也可以通过其它系统参数，诸如装置供给排气22的旋转速度 来设置。关闭系统可以结合到电磁阀58，59以及控制阀14，15，其 它系统部件，及反冲洗和净化系统的运转。例如，如果计算机24接收 来自装置供给排气22的信号，诸如预定的最小旋转速度值或其它测量 值，或如果高压被压力传感器33测量并从压力传感器33传输，计算 机24关闭电磁阀59，从而防止来自保持箱1的废物进入均化器9。
计算机24随后启动反洗循环，清除均化器9的任何残留。反洗循 环后，计算机24接收检验初始化反洗的条件已经清除的数据。如果条 件没有清除，将使用第二个反洗循环。反洗循环之后，计算机24可以 通过打开阀27，27A或64并关闭阀59开始新鲜水净化循环以保证系 统没有废物。最后，在反洗和净化循环结束后，计算机24关闭电磁阀 58并完全打开控制阀14导致整个废物流再循环。通过计算机打开电磁 阀59和控制阀15，且整个均化器9排放再循环回到保持箱1，均化器 9可以随后投回使用，或均化器可以保持停止，其中仅采用研磨泵5浸 软保持箱1内的废物。除了由系统参数启动反洗循环，计算机24可以 以预定的间隔启动反洗循环，从而允许系统清除自身废物并作为自我 清洁装置运转。
在反洗运转期间，电磁阀58保持打开，允许从注入器喷嘴20反向 流动穿过均化器9。在优选的实施例中，反洗运转是相对短的持续时间 且仅小数量的材料反向流过系统。然而，来自移动水箱28的新鲜水的 供给可以运送到均化器9的出口，且此后运送到保持箱1，允许更长和 更彻底的反洗。在净化运转期间，电磁阀59关闭，防止来自保持箱1 的废物进入均化器9。控制阀27打开，允许新鲜水进入均化器9，且 此后通过正常的运转路线流到注入器喷嘴20，从而净化所有的安装在 均化器9和注入器喷嘴20之间的装备。可选地，来自箱子28的净化 水可以通过控制阀27A运送到注入器泵12，或通过控制阀64运送到卷 筒零件19，其中交换器18和注入器喷嘴20可以得到净化。
图2示出了均化器9的一个优选的实施例。均化器9允许固体和液 体进入入口38并接触一系列均化器级44。每个均化器级44包括多刀 刃旋转刀片39，分级筛40，维持单个分级筛40之间的距离的隔离物 60和反向空间45。每个旋转刀片39采用至少两个切割刀刃37A，37B。 在正常运转期间，切割刀刃37B靠着组成具体的均化器级44的相关联 的分级筛40运转。在反洗期间，切割刀刃37A靠着与直接位于上游并 通过反向空间45隔开的均化器级44相关联的分级筛40运转。与每个 连续的均化器级44相关联的分级筛40包括逐渐较小的分级孔41，其 导致当废物流过均化器级44时固体废物颗粒尺寸的逐渐磨损。
在每个均化器级44内的分级筛40内的分级孔41的直径的减小允 许固体和液体逐渐混合。当固体经过均化器9时，固体连续减小尺寸。 当废物流过均化器9时，废物小球通过分级孔41。这个动作通过分级 孔41的锥形得到加强。分级孔41的锥形还导致降低的分级孔41的污 染趋势，从而减少堵塞的潜在可能和反洗循环的数量和持续时间。可 以获得的分级孔41的锥度数量依赖于分级筛40的厚度。分级筛40优 选的厚度范围为大约1/4英寸(.635cm)到大约1/32英寸(.079cm)。 对于这个厚度的范围，分级孔41优选的锥度范围为大约4％至大约 50％。当废物小球通过分级孔41引出时，它们被下一个均化器级44的 旋转刀片39剪切，从而允许穿过筛孔41的部分废物继续移动到均化 器9的下一级44。该过程在每个均化器级44中重复。最后的均化器级 44内的孔41的尺寸规定了从均化器9排放的最大颗粒尺寸。尽管废物 的质量和排气产生源供给的热的数量影响系统可以处理的最大颗粒尺 寸，总的来说，从均化器9排放的优选的最大颗粒尺寸直径为大约 1/5,000英寸(0.005mm)至大约1/30,000英寸(.0008mm)。
均化器刀片39沿着轴46滑动接合，这允许刀片39向前或向后滑 动由反向空间45指出的预定的距离。轴46在一个方向的旋转造成刀 片39接触与具体的均化器级44相关联的分级筛40，且当反向轴46 旋转的方向时，刀片39接触与前面的均化器级44相关联的分级筛40 的背侧并剪切分布在分级筛40背侧上的任何残留物。同时，当反向轴 46的旋转时，抽回流出物穿过筛子40，移去可能阻塞锥形孔41的任 何残留物。均化器9可以采用外部泵42(如图2所示)，内部泵叶轮 51(如图3所示)，或根本没有泵。如果采用内部或外部泵机构，原 动机10可以通过公共轴46驱动该机构。
多刀刃刀片39可以相对于前面的刀片39以不同的间隔依次围绕 轴46放置。这样当采取前透视图时创造了刀片的多点星形图案，相似 于图5所示的多点星形图案。多个刀片刀刃使得与进入每个级44的固 体多点接触，这样基于注入器20排放的排气22的给定的温度，提供 了增加的注入速率。不管均化器9采用内部泵叶轮51，外部泵42，或 根本没有泵，流体通过出口43从均化器9排放。如早期描述的，排放 废物的部分可以通过再循环口47再循环进入最后的均化器级44。通过 再循环从均化器9排放的一部分废物，改进了颗粒尺寸分布和系统性 能。
图4示出了均化器刀片39的另一个优选的实施例。如图4所示， 刀片组件200包括多个单个的刀片210，220，230。图4示出的优选 的实施例包括八个依次沿着轴46设置的单个刀片。最低的刀片201沿 着轴46以相对于轴46的轴线成零度角设置。最低的刀片201上面的 刀片沿着轴46以相对于轴46的轴线成30度角设置。刀片组件200的 每个连续的刀片沿着轴46以比前面的刀片大30度的角设置，当采取 前透视图时，显现图5的星形图案。最低的刀片201靠着与均化器级 44相关联的分级筛40运转，刀片组件200安装在均化器级44中。当 均化器9的原动机10反向时，最上面的刀片202靠着直接在刀片组件 200上游的均化器级44的分级筛40的背侧运转。
图5示出了刀片组件200的星形图案的前视图。刀片组件200包 括多个通过堆叠单个的刀片210，220，230产生的多个刀片，分别示 于图6，7，8。
示于图6中的刀片210，包括至少两个切割附件211，212，其连 接到中心件213。中心件213包括内部表面214并沿着轴46滑动接合， 使得内部表面214接触轴46的表面。在所示优选的实施例中，轴46 和内部表面214都具有大致正方形的截面，其一旦装配，转换轴46的 旋转到刀片210，而没有任何明显的滑动。转换旋转的可选的方法也可 以用于不同截面的轴，诸如采用轴键。
图7和8分别所示的刀片220，230大致相似于刀片210。刀片220 包括至少两个切割附件221，222，其连接到中心件223。刀片230包 括至少两个切割附件231，232，其连接到中心件233。如图7所示， 切割附件221，222连接到中心件223，使得切割附件221，222沿着 轴46以不同于刀片210的切割附件211，212的角度设置。相似地， 如图8所示，切割附件231，232连接到中心件233，使得切割附件231， 232沿着轴46以不同于刀片210的切割附件211，212和刀片220的 切割附件221，222的角度设置。通过沿着轴46滑动接合刀片210， 220，230，显现切割附件的星形图案，其在图5中最好地看到，切割 附件从轴46向外辐射。
最后，图9示出了特征为刀片组件200安装在多个均化器级44中 的第一个内的均化器9。剩余的均化器级44采用刀片39，其在图2中 描绘并在上面描述。刀片39沿着轴46滑动接合，使得刀片39彼此垂 直运转。均化器9可以在一个均化器级44内，在至少两个均化器级44 内，或在所有的均化器级44内采用刀片组件200。
尽管以具体实施例的方式描述了本发明，预期其变更和改变将无疑 对本领域内普通的技术人员变得显而易见。因此意在使下列权利要求 书解释为覆盖落在本发明真正精神和范围内的所有变更和改变。