专利名称：用于处理和加工废料的装置、方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于处理和加工废料的装置、方法和系统。
背景技术：
有机废料，例如城市废水或家畜肥料，当大规模产生时可能存在问题。例如，有机 废料可引起健康风险和损害。分解有机废物还可释放温室气体，例如甲烷和二氧化碳。有 机废料还可为空气和水的潜在污染源。因此，需要用于处理这种大量有机废物的策略。对有机废料问题的一个可行解决方案是将废物转化或加工成为更低环境毒性或 危险的形式。这种方法可产生衍生自废物的有用产物，其是通过将废物转化为这种产物或 从其中提取产物实现的。此外，许多这种方法包括对废物使用控制方法，从而允许控制和捕 获不期望的副产物如温室气体，和分离来自环境的废物。然而，与其它给料相比，有机废物在这种方法中可为难于处理和加工的材料。通 常，废物在其组合物中可为高度不均勻的。例如，家畜肥料可包含显著大量难消化的非纤维 素的植物物质(例如稻草、树木)和硬颗粒(例如沙子、岩石和金属)，其所有可与肥料一起 聚结。这些外来杂质可能引起处理中的困难，或干涉机械、化学或生物方法。有机废物还可 具有很高的固体含量，从而使它与更加液化的材料相比更难处理和输送。尽管现行方法尝试提出处理和加工有机废物的上述和其它问题，但这些方法具有 不足。例如，由于可在给定时间处理废物的能力有限，如此大量的有机废物通常经受间歇式 的加工。然而，由于用新给料再装填间歇式过程和除去已加工的材料会导致需要周期性的 停歇时间，间歇式的加工可导致效率、生产率或二者的降低。鉴于上述问题，将需要以更有效方式加工废物的装置、方法和系统。还需要用于加工有机废料以改善所述废料的处理的装置、方法和系统。还需要在加工前从有机废料中除去不期望污染物的装置、方法和系统。
发明内容
本发明提供了用于处理和加工有机废料的装置、方法和系统。本发明包括用于加 工废物的装置、方法和系统，其中使至少一部分废物破碎以释放嵌入的硬颗粒，并且从其中 分离释放的硬颗粒。然后可稀释加工的废物以降低固体含量。本发明还提供了在稀释前分 解包含在废物中的大体积结构如木质素的装置、方法和系统。例如，可提供用于加工废物的系统、方法或装置，其中废物包含嵌入其中的硬颗 粒。该系统、方法或装置可包括或使用废物破碎器，其中废物破碎器使至少一部分废物破 碎，并且从而从破碎废物中释放至少一种嵌入的硬颗粒；分离器，其中该分离器从废物中分 离至少一种释放的硬颗粒；和稀释装置，其中该稀释装置用液体稀释剂稀释废物。在某些实施方案中，系统、方法或装置可包括或使用连续向废物破碎器中提供废 物的废物装载器，该废物破碎器被配置用来破碎至少一部分连续提供的废物。在某些实施方案中，分离器被配置用来基于释放硬颗粒的预定最小尺寸来分离至
4少一种释放的硬颗粒。例如，该分离可通过破碎的废物和硬颗粒之间的尺寸排阻完成。例 如，可使用适当尺寸的滤网保留特定尺寸的释放的硬颗粒，同时允许较小的破碎废物通过。在其它实施方案中，通过使具有嵌入的硬颗粒的废物经过尺寸限制的孔或入口以 便仅较小尺寸的废物能通过，可以进行尺寸排阻的分离。而较大的释放的硬颗粒不能通过， 并且因此可从废物偏转或转移至另一位置，从而从废物中分离颗粒。在某些实施方案中，废 物可被朝着尺寸排阻结构推动或推进，因而同样破碎废物。用这种方式，使用相同的部件结 构可发生破碎和分离。在某些实施方案中，废物破碎器可通过用另一种物体冲击废物来破碎废物。在某 些实施方案中，有机废物还包括金属污染物，并且系统、方法或装置可从废物中除去至少一 种金属污染物。在某些实施方案中，可磁性除去至少一种金属污染物。在某些优选实施方案中，废物破碎器包括破碎器棒，其中该破碎器棒位于输送废 物的开式螺旋器(open auger)上方。通过螺旋器输送的废物可用破碎器棒冲击来破碎，从 而释放至少一种嵌入的硬颗粒。在某些优选实施方案中，破碎器需要将废物沉积在机械旋 转筛选器或相似装置上，从而释放至少一种嵌入的硬颗粒。旋转筛选器还可被配置用于从 较大的硬颗粒中分离破碎的废物，其中旋转筛选器的尺寸被确定为容许较小尺寸的废物通 过，而较大颗粒被输送离开旋转筛选器。在其它实施方案中，稀释装置可在稀释后将废物输送至厌氧性生物消化器中。在 某些实施方案中，液体稀释剂可为液化的生物消化物(biodigestate)，例如由厌氧性生物 消化器产生的那些生物消化物。在某些实施方案中，稀释步骤可包括稀释废物直到废物的 固体含量为约12-13%。在某些实施方案中，废物还可被加热。在某些实施方案中，废物还 可被混合。在某些实施方案中，加热废物可通过用比废物具有更高温度的液体稀释剂稀释 废物来完成。在某些实施方案中，稀释废物步骤还可包括搅拌混合稀释的废物。
通过结合附图考虑以下详细说明，本发明的上述和其它优点将变得更明显，其中 相似的附图标记贯穿全文指代相似的部件，并且其中图1是说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性方法的流程图；图2是说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性方法的流程图；图3说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性系统的简化方框图；图4说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性系统的简化方框图；和图5A-5B分别说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性系统的侧视图和 俯视图。
具体实施例方式提供并且参考图1-5记载了用于加工废物的装置、方法和系统。如本文所指的，废物可为包括有机和有机衍生物质的任何合适材料。例如，废物可 包括来自产业如农业、食品加工、动植物加工和家畜的副产物。通过这些和其它产业生产的 废物包括但不限于家畜肥料、动物尸体和下水、植物材料、废水、污水、食品加工废物和其 任意组合。废物还可包括人类衍生的废物，例如污水和废水、丢弃的食物、植物或动物物质
5等。因此，本发明所用的废物可为，并且一般为通常丢弃的有机物质的混合物。废物可由任何合适的来源提供，包括上文记载的那些来源。在某些实施方案中，废 物源邻近加工场所。例如，本发明可加工由附近的饲育场或废水处理厂产生的废物。这种邻 近性可允许废物的有效和迅速处理。这种邻近性还可有利地降低加工前废物闲置的时间， 从而减少其作为环境损害或危险的潜力。在某些实施方案，待加工的废物可由较远离加工 场所的场所或来源提供。如果加工场所位于中心地点，加工来自位于本地的邻近地区或区 域的多个来源的废物的话，较远离加工场所的位置可为合适的。本发明加工的废物可为可能难以处理的复合、不均勻混合物。例如，家畜肥料可从 饲育场或其它大量动物群体中大量收集。这种作为动物废物产物的肥料，已经是物质的复 合混合物。此外，肥料在收集前或收集过程中还可获得其它污染物。这些污染物例如可包括 垫草、岩石和来自土地的泥土、垃圾、和其它残骸。其它非肥料污染物也是可能存在的。此 外，其它类型的有机废物，包括本文记载的那些，各自具有它们自己的收集不均勻污染材料 的风险，或者由于它们的来源或任何初级加工已经包括了这样的材料。这些污染物本质上可为有机或无机的。然而，这种污染物如果在废物中大量存在 的话，则对废物的任何进一步加工，可能存在一些困难。例如，某些污染物如岩石和金属，可 能不适宜用于进一步加工废物。例如，不同于有机废物，金属和岩石不进行生物消化或分 解，并且因此将作为该过程的惰性残留物留下。另外，例如岩石和金属的这些污染物通常更 耐物理力，可对后续加工存在物理损坏或障碍，或有可能破坏在该进一步加工中所用的设 备。另外，岩石和金属污染物通常还为不溶的，并且因此将阻碍液态废物的处理。因此，本 发明可提供，如果不是最小化、也能减少由这样的污染物引起的问题的解决方案。这一类型 的污染物在本文中称为“硬颗粒”。然而，除去来自废物的这种硬颗粒可能是困难的。一个原因是硬颗粒可嵌入有机 废物中。因此，仅处理废物不一定足以移除颗粒以使它们除去。此外，有机废物通常具有的 含水量会导致粘合嵌入的硬颗粒，从而使得它们的除去更困难。解决嵌入的硬颗粒问题的可行方案是通过增加其含水量来稀释有机废物，凭此降 低废物的固体含量。通过将废物稀释至足够的程度，嵌入的硬颗粒可从废物固体中释放并 且允许沉淀出来。此外，稀释可促进，并且甚至可需要用于废物的后续加工。本发明可解决这些和其它相关问题，如在图1中图解。该图显示说明本发明用于 加工废物的示例性方法的流程图。本发明包括通过破碎废物从废物中释放嵌入的硬颗粒。在优选实施方案中，这一 破碎在废物的大量稀释前发生。因此，例如，废物可保持低水分/高固体形式。通过用该方 式破碎废物，本发明可通过降低在破碎前对预加工的需要来改进稀释。其它改进还包括防 止废物总体积增加为不切实际的量(其可能增加输送该稀释废物的成本和负担)，降低对 回收和除去释放颗粒的附加过程的潜在需要(例如通过沉降(其可能费时))，和允许实现 连续加工来代替仅依赖间歇式加工。连续加工可降低其中废物不加工的闲置时间，并且可 由此避免废物内有机材料的分解，该分解可导致从废物中回收的有用产物的产率降低。在某些实施方案中，可进行废物的预加工，例如向废物中加入添加剂。这种添加剂 可用于破碎和分离过程之后的过程中。添加剂可包括例如甘油和来自厌氧性生物消化器的 液体生物消化物。
此外，本发明可为有利的，因为它可使废物能够进行连续加工。连续加工可降低或 消除停歇时间并且增加产量。这种提高的效率还可在生物消化前减少有机物的分解。在方法100的步骤104中，至少一部分废物被破碎，从而从破碎的废物中释放至少 一种嵌入的硬颗粒。在本文中废物的破碎是指混合、打碎、破裂、碎片化、压碎、冲击、鼓转、 压平或其它任何类似方法。通过这些方法，嵌入的硬颗粒逐渐释放，并且从废物本体中分离 直到释放，并且较小的破碎的废物较不能够再嵌入或保留硬颗粒。步骤104中的废物破碎可通过任何合适的装置、设备或方法进行。例如，在某些实 施方案中，使用与废物物理相互作用的设备。例如这种设备可包括，例如实施如混合、打碎、 压碎、破裂、冲击、碎片化、鼓转、压平等作用的设备。这些作用可包括废物中的直接物理干 涉(例如混合)、或以引起其破碎的方式(例如鼓转)来操作废物。其它合适的设备可同 时或连续地实施超过一种这些作用。用于进行步骤104的合适设备还可以以进行性方式破 碎废物，其中将提供的初始废物破碎为特定程度，然后当其通过设备时，经历增加程度的破 碎。用这种方式，废物可以更连续的形式进行加工，并且可由所用设备构造带来理想程度的 废物破碎。废物破碎装置的其它实施方案可包括本领域已知的通常用于将大材料碎片化为 较小材料的设备，例如冲击式压碎机、旋转压碎机、颚式压碎机或锥形压碎机。如上所述，废物可包含其它材料，尽管它们可能不同于硬颗粒，但其仍然可以干扰 对废物进行的后续加工。例如，家畜肥料可包含大量垫草。稻草，类似于木材，由更耐消化 或分解的非纤维素材料(木质素)组成。此外，由于其相对大的尺寸，稻草有助于形成可能 干涉后续加工的较大的毡和阻塞物。将稻草破碎为较小的碎片可减少或限制这一问题。因此，本发明的其它优点为破碎步骤还可破碎废物中的其它物质，例如稻草和其 它可受影响的材料。该结构的打碎或破碎可降低或阻止它们干涉随后的废物加工步骤，并 且可避免特别是完成该破碎的附加过程的需要。注意到方法100的任何步骤中，可将共基质和/或添加剂添加至废物中。这些共 基质和/或添加剂可包含有机材料，和其它可促进废物的处理或者废物的后续加工的附加 化合物。在某些实施方案中，可能需要在破碎步骤104前或同时加入共基质和/或添加剂， 因为破碎步骤还可用于将共基质和/或添加剂与废物相混合。在步骤106中，将从步骤104中破碎的废物中释放的硬颗粒从废物中分离。在步 骤104中，可从破碎的废物中区分和分离释放的硬颗粒的任何合适的设备可为合适的。例 如，分离步骤可依靠尺寸、直径、硬度、比重、溶解性、迁移性、摩擦系数和任何其它合适的性 质或其组合的差异。合适的设备可基于多重标准同时或顺序地将破碎的废物与释放的硬颗 粒区分。例如，在本发明的某些实施方案中，释放的硬颗粒可基于它们的相应尺寸从破碎 的废物中分离。示例性的用于这种分离的合适的设备可使用滤网或任何其它具有一个或多 个尺寸排阻开口或空隙的结构。这种结构可具有选择尺寸的开口以保留具有最小平均直径 的硬颗粒。保留的颗粒的合适平均直径例如可为大于1、2、4、8、12、16或20厘米。优选的 平均直径为约8厘米。期望的空隙或开口尺寸还被配置为不保留破碎的废物，从而允许破 碎的废物通过尺寸排阻结构。在某些实施方案中，废物的分离可以连续方式进行，其中破碎的废物通过合适的设备，并且随后经过不同的分离标准。很清楚本发明还包括其中步骤104和106同时或基本同时进行的实施方案。因此， 在这种实施方案中，在步骤104和106中使用的装置可为集成的，或甚至可为同一设备。在步骤108中，用液体稀释剂稀释破碎的废物。在某些实施方案中，这一步骤是在 从释放的硬颗粒中分离破碎的废物之后。这一步骤可制备用于进一步后续加工步骤的废 物。另外，通过降低废物的固体含量，废物可变得容易处理和输送。降低废物的固体含量也 可以是例如废物的厌氧性生物消化的方法所要求的，其是本领域中已知的(其实例记载在 美国专利7，014，768中，其全部内容通过引用方式结合在本文中)。在某些实施方案中，可将废物稀释至固体含量为约5 %、约6 %、约7 %、约8 %、约 9%、约10%、约11%、12%、约13%、约15%、约17%、约20%、约25%、约50%或任何其它 合适的量。优选的固体含量为约12%-13%。液体稀释剂可为任何合适的液体如水。在某 些实施方案中，可使用其它液体，例如衍生自其它方法的复合液体，或回料作为稀释剂。这 种复合液体的使用可充当要与废物混合的附加组分或共基质的来源。例如，优选来自厌氧 性生物消化器的液体生物消化物(或其任何合适的组分)作为稀释剂，或可由部分生物消 化物组成的稀释剂。将生物消化物衍生的液体加入到废物中可提高废物的后续生物消化， 并且还可改善废物的混合特性。图2是说明根据本发明实施方案的用于加工废物的方法的示例性实施方案的流 程图。在步骤203中，装载包含嵌入其中的硬颗粒的废物。在某些实施方案中，装载步骤通 过将废物输送至进行步骤204 (破碎步骤)的设备或装置的合适设备或装置完成。在其中 破碎步骤具有处理废物的有限容量的实施方案中，进行装载步骤的设备可调节废物的量以 便以合适的速率提供合适量的废物。例如，废物的装载可以连续或间歇式提供。用于装载 和提供废物的示例性设备包括，但不限于漏斗、传送带等。步骤204、206和208通常可与上文记载的图1的步骤104、106和108类似。在步骤210中，可在稀释装置内加热稀释的废物。可通过加热其中存有稀释废物 的容器来提供热。在某些实施方案中，可通过加热在稀释步骤中使用的至少一些稀释剂来 提供热，其中液体稀释剂具有比废物更高的温度。用这种方式，废物的加热可主要与其稀释 (即步骤208和210)同时发生。液体可通过外部加热装置加热，或可作为放热生物或化学 过程的部分，或衍生自放热生物或化学过程进行加热。在步骤212中，可从稀释废物中除去金属污染物。很清楚某些或所有的金属污染 物可在分离步骤中已经除去，这是由于金属污染物可与硬颗粒共同具有某些性质，将容许 它们从破碎的废物中被选择和分离。在某些实施方案中，可用磁铁来提取铁磁性金属污染 物。在某些实施方案中，磁铁可使金属定向或转向，以便当稀释废物从这一步骤中输送出去 或除去时保留金属，由此将它们从稀释的废物中分离。在步骤214中，稀释的废物在稀释装置内混合。在某些实施方案中，步骤214的混 合可以预定的时间，或直到获得稀释废物的期望浓度或状态进行。在其它实施方案中，该混 合可同时与稀释步骤208进行。很清楚在某些实施方案中，步骤208、210、212和214的任意两步或更多步可基本 同时进行。例如，破碎的废物可在单个容器中稀释和混合，同时引入热并且除去金属污染 物。在某些实施方案中，这些步骤的两步或更多步可以以重叠状态进行。在某些实施方案
8中，单个集成设备可以顺序地或基本同时进行这些步骤的任意两步或更多步。在某些实施 方案中，单个设备可以进行这些步骤的两步或更多步，而其中步骤是顺序地或以重叠步骤 进行。同时清楚的是，在某些实施方案中，步骤208、210、212和214不必以所示顺序进 行，并且从而可以以任何合适的顺序进行。例如，在某些实施方案中，稀释的废物可在除去 金属污染物(步骤212)之前混合(步骤214)。在该实施例中，这些步骤可顺序地进行，或 者在后步骤可与在前步骤重叠。在某些实施方案中，任何合适的步骤组合可同时进行，其可 产生更大的效率。例如，在某些实施方案中，步骤212和步骤214可同时进行，其可产生与 时间和装置使用二者有关的更大效率。在步骤216中，稀释的废物可被输送或从稀释装置中除去。这一步骤可通过配置 或适合于输送液化或半固体材料的任何装置进行。设备或装置可依靠被动运输(例如重力 驱动流)或主动输送(例如泵、传送带等)或其任何合适的组合。在某些实施方案中，可配 置设备或装置以便可输送较小或另外很小的颗粒，例如沙子或锯末，而不引起明显的阻抗、 损害或干扰。因此，可配置分离步骤106或206以便不必分离不会引起这种阻抗、损害或干 扰的很小颗粒。这些以及其它步骤间的这种协调可改善整个方法的效率和/或产量。图3说明根据本发明用于加工废物的系统的示例性实施方案的示意性方框图。示 例性的系统300包括废物破碎器304、分离器306和稀释装置308。废物破碎器304可为本文记载的进行步骤104或204的任何合适的装置或设备。 废物破碎器304接收废物320，其实施例记载在本文中。废物320可以连续、间歇式或其任 何合适组合提供。破碎器304被配置用来以本文记载的方法破碎废物，以从至少一部分废物320中 产生破碎的废物322。破碎的废物322可以连续、间歇式或其任何合适的组合产生。另外， 破碎的废物322可进行性产生，其中废物320的破碎度和/或程度随着废物通过破碎器而提尚。分离器306可为本文记载的进行步骤106或206的任何合适的装置或设备。至少 一部分破碎的废物322经过分离器306。破碎的废物322可以连续、间歇式或其任何合适的 组合经过分离器。如本文记载，可根据硬颗粒和破碎的废物间的分离标准和数量来配置分 离器306。释放的硬颗粒324，从破碎的废物322中分离后，可从分离器306中除去。这一 除去可为连续的(例如在分离中)或以一个或多个间歇期进行(例如在至少相当大量的分 离后)。在某些实施方案中，释放的硬颗粒324可保留在分离器306中，而输送或除去分离 的破碎的废物326。在这种实施方案中，随后可除去保留的硬颗粒。稀释装置308可为本文记载的进行步骤108或208的任何合适的装置或设备。稀 释装置308可以连续、间歇式或其任何合适的组合稀释破碎的废物326。至少一部分分离的 废物326通过稀释装置308进行稀释。可在接收破碎的废物326前、后、基本同时、或其任 何组合向稀释装置308提供稀释剂328。稀释废物330可以连续、间歇式或其任何合适的组 合产生。参见系统300，很清楚在本发明的某些实施方案中，破碎器304、分离器306和稀释 装置308的合适组合或子组合可组合或集成为单个设备。图4说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性系统400的示意性方框图。系统400可包括废物装载器403、废物破碎器/分离器405、稀释装置408和厌氧性生物消 化器418。废物装载器403为可进行本文记载的装载废物步骤203的合适设备。在一个实施 方案中，废物装载器403可为漏斗、传送带、或可提供废物420的任何其它合适的设备或装 置。废物装载器可以连续、间歇、或其任何合适的组合提供废物420。废物破碎器/分离器405从废物装载器403中接收废物并且进行步骤104和106、 或步骤204和206。这两步可基本同时、顺序、重叠、或以其任何合适的组合进行。如在系统 300中一样，破碎器/分离器405还可为单独部件，其中破碎和分离步骤通过单独的部件完 成。正如系统300的分离器306 (在图3中)，从破碎的废物426中分离的颗粒424可 从破碎器/分离器405中除去，或可保留在其中用于随后除去。稀释装置408可为本文记载的进行步骤108或208的任何合适的装置或设备。稀 释装置408可以连续、间歇式或其任何合适的组合稀释分离的破碎的废物426。至少一部分 分离的废物426通过稀释装置408进行稀释。可在破碎废物426前、后、基本同时、或其任 何组合向稀释装置408提供稀释剂436。稀释废物430可以连续、间歇式或其任何合适的组
合产生。在某些实施方案中，稀释装置408可包括混合装置，例如记载在本文步骤214中的 混合装置。在某些实施方案中，可将热432提供至稀释装置408中，例如本文图2相关步骤 210中记载的。可直接将热提供至装置，或可通过加热稀释剂436引入热。系统400的某些实施方案可包括厌氧性生物消化器418。如本领域公知的，微生 物的某些种类(例如产甲烷细菌)可在基本厌氧环境中生长和新陈代谢。此外，该种类产 生甲烷和其它气体作为副产物。因此，配置本发明的示例性的厌氧性生物消化器以允许厌 氧生长，并且可进一步被配置以捕获或收集由细菌代谢产生的甲烷和其它挥发性/气体产 物，又名生物气体。因此，可将稀释的废物430提供至厌氧性生物消化器418作为营养源用于厌氧性 细菌。在某些实施方案中，例如当废物430包含家畜肥料时，废物本身可能已经包含合适的 厌氧性细菌种类以允许在厌氧条件下的消化。当至少一部分废物厌氧消化时，同时产生生物消化物。生物消化物包含由厌氧细 菌生长引起的营养物至少部分消耗的介质以及细菌。生物消化物可包含来自细菌生长的其 它挥发性和非挥发性代谢物。生物消化物的固体含量还可取决于消化程度、废物的初始水 分/固体含量、和在消化中加入生物消化器或从生物消化器除去的水的量发生改变。如图4所示，来自生物消化器418的生物消化物428、或其基本为液体的组分，可作 为稀释剂436输送至稀释装置408，并且以本文记载的方式使用。在某些实施方案中，可以 加热返回的生物消化物428，从而向稀释的废物430中引入热。与使用其它液体稀释剂如水 相比，使用液体生物消化物可为有利的，因为液体生物消化物中的化合物可加速废物的稀 释，并且使得稀释的废物430对厌氧性生物消化而言更合适和易于接受。图5A-5B分别说明根据本发明实施方案用于加工废物的示例性系统500的侧视 图和俯视图。废物加工系统500可包括容器502、输送系统504、开式螺旋器506、破碎器 棒508、旋转筛选器510、破碎废物的容器612、输送系统614、螺旋器616、容器518、搅拌桨520、泵 522 和解析器(macerator)5240系统500说明本发明优选的示例性实施方案，其中废物的破碎、从破碎的废物中 释放硬颗粒，以及从破碎的废物中分离释放的硬颗粒基本上可同时进行(例如当用破碎器 棒或其它结构冲击时)。在图5A和5B中，废物可通过容器502的顶部开口沉积进入系统500。输送系统 504被配置用来在容器502内朝开式螺旋器506的近端输送废物。输送系统504可为任何 已知的可输送固体或半固体材料的设备，例如活动地板(walking floor)、传送带、链板式 地板等。开式螺旋器506，与本领域已知的螺旋器相似，被配置用来当该螺旋器沿着其纵轴 适当旋转时，将废物从其近端输送至其远端。因此，废物通常输送至容器502外。开式螺旋 器506进一步被配置使得其中正在输送的废料提前离开螺旋器，例如通过从螺旋器的顶部 或侧边落下。在某些实施方案中，开式螺旋器506可向上倾斜，以使离开开式螺旋器506的 至少一些废料落回进入容器502中。在某些优选实施方案中，开式螺旋器506可以大约45 度角定位，其中远端相对近端升高。开式螺旋器606还可向下倾斜定位，或可基本水平定 位。尽管一个开式螺旋器显示在系统500中，但在这方面，本发明没有限制，例如基本并联 运行的多个开式螺旋器可用于从容器602输送废物。在某些优选实施方案中，可以以该方 式使用三个开式螺旋器。当通过开式螺旋器506输送时，废物可通过破碎器棒508破碎。破碎器棒508以 相对开式螺旋器506的预定接近度定位，以便破碎器棒和螺旋器在通过螺旋器输送的材料 上充当尺寸排阻设备。配置这一接近度以使通过开式螺旋器506输送的材料必须小于预定 尺寸参数(例如平均直径)，以通过螺旋器连续输送。大于预测定尺寸参数(例如具有小于 约6、8、10或12厘米的平均直径)的材料内的物体，例如嵌入废物内的硬颗粒，将与破碎器 棒508相撞并且因此从废物中除去。较小颗粒可通过螺旋器继续输送。同样地，经冲击破 碎器棒508可破裂或破碎的破碎的废物，还可继续输送。当通过破碎器棒508移去和释放这种较大的硬颗粒时，它们还可从废物中分离。 在某些实施方案中，释放的硬颗粒可因此落下或经开式螺旋器606的侧边重回容器502。用 这种方式，这种释放的硬颗粒从破碎废物中分离。破碎器棒508可位于沿开式螺旋器506长度的任何合适的位置。在某些优选实施 方案中，破碎器棒508可位于接近开式螺旋器506的下侧。优选将破碎器棒508定位于沿 螺旋器的位置，以便当用破碎器棒冲击时，释放的硬颗粒回落进入容器502。破碎器棒508 可由任何合适的材料组成，并且优选由具有足够硬度和承受与硬颗粒的反复碰撞的耐久性 的材料组成。通过开式螺旋器506输送的废物可离开螺旋器的远端，并且沉积在旋转筛选器 510上。旋转筛选器510被配置用来进一步破碎废物，从而从废物中释放其它硬颗粒。旋 转筛选器510可包括多个旋转式圆柱形阶梯层(flight)，例如阶梯层513，其可为机械驱 动的。在某些实施方案中，阶梯层配置为以相同的方向旋转，例如由指示方向的箭头511显 示。旋转筛选器510包含与其它阶梯层基本相同高度的阶梯层；然而，在某些实施方案中， 阶梯层可为不同的高度(例如，旋转筛选器510可为倾斜的)，其可帮助将分离的硬颗粒导 向一个方向。尽管在系统500中显示的实施方案中使用圆柱形阶梯层，但在这方面，本发明
11没有限制，并且阶梯层可为能围绕纵轴旋转的任何形状。阶梯层513包括多个凹槽，和多个 凸起，例如凸起515，当废物与阶梯层513接触时可提高废物的破碎。由旋转筛选器510破碎的废物可落在阶梯层间进入位于下面的容器512中。从破 碎的废物中释放的硬颗粒，由于它们的尺寸和/或硬度，不能通过阶梯层间。相反，该硬颗 粒通过由阶梯层输送穿过旋转筛选器而与废物分离，通常沿着阶梯层旋转511的方向。通 过调节阶梯层的间距，旋转筛选器510可被配置用于分离任何预测定尺寸的硬颗粒，其中 破碎的废物通过阶梯层之间。在某些实施方案中，旋转筛选器510被配置用来分离比破碎 器棒508更小的硬颗粒(例如，平均直径为2cm或更小)。在某些实施方案中，输送系统(未显示)可安装用来接收从旋转筛选器510排出 的硬颗粒。这一输送系统被配置用来从旋转筛选器中除去分离的硬颗粒。在某些实施方案 中，容器(未显示)可放置可定位以收集从旋转筛选器510排出的分离的硬颗粒。这一容 器可周期性地排空以防止由分离的硬颗粒引起的过量增长或杂乱。通过旋转筛选器510的废物可落入位于下面的容器512中，在其中它可通过输送 系统514朝螺旋器516的近端输送。以与螺旋器506类似的方式，螺旋器516可将废物从其 近端输送至其远端，从而从容器512中除去输送的废物。在某些实施方案中，如在系统500 中所示，螺旋器516可为向上倾斜的。螺旋器516还可定位为向下倾斜或基本水平。尽管 单个螺旋器显示在系统500中，但在这方面，本发明没有限制，而可以使用多个基本并联运 行的该螺旋器，以从容器512中除去废物。在某些实施方案中，螺旋器516可任选被一个或多个输送系统取代，例如旋转搅 拌桨(未显示)，其定位以促使来自容器512的材料在旋转筛选器(未显示)上沉积，未显 示的旋转筛选器与旋转筛选器510相似。用这种方式，上述旋转筛选器可进一步破碎和分 离来自容器512的废物。这种分离的废物然后可被输送或沉积在容器518中。废物可通过螺旋器516输送进入容器518中。在容器518中，可用一种或多种稀 释剂稀释废物。容器518优选为封闭的。这样的封闭性在其中容器518与厌氧性消化器共 用空气的实施方案中可为有利的，因为它可以防止氧气或其它污染材料进入厌氧性生物消 化器。在某些实施方案中，可密封容器518以防止或最小化对空气的暴露。水可用作容器 518中废物的稀释剂。可使用任何已知输送液体(未显示)的方法将水添加到废物中。在 某些实施方案中可预热水。除了水以外或代替水，可使用的优选稀释剂为生物消化物。生 物消化物可包括含木质素的材料(例如稻草)，如上文记载的。可从厌氧性生物消化器中 直接除去生物消化物。在某些优选实施方案中，在位于密度对应于大多数消化材料密度的 深度，从厌氧性生物消化器中除去生物消化物。除去处于这一深度的生物消化物可为有利 的，因为它除去更多消化的废物，从而使得剩余的物消化器内装物富集有较少消化的废物， 用于进一步消化。在某些实施方案中，生物消化物可通过管526进入容器518，并且可通过解析器 524解析。解析器524分解生物消化物，特别是其中包含的含木质素的材料，以便促进稀释、 泵送稀释的废物，并且防止干扰后续的生物消化过程。解析器524可为任何可商购的解析 器。例如，解析器524可使用可研磨生物消化物的反转刀片。解析生物消化物也可为有利 地，因为分解含木质素的材料可促进这些含木质素的材料的厌氧性生物消化，其在解析前 为基本未消化的。从而解析可提高总的生物气体产量。
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稀释后或过程中，废物可通过搅拌器如搅拌桨520来混合。搅拌桨520可围绕其 轴旋转并且从而混合废物。稀释的废物可使用泵522通过管528从容器518中除去。在某 些实施方案中，稀释的废物可连续从容器518中除去，其可降低停歇时间。在其它实施方案 中，稀释的废物可间歇式地从容器518中除去，其可允许废物的更全面稀释和/或更完全混合。在容器518中废物的上述稀释和混合中，粗砂、沙子和其它更致密的颗粒可在容 器的底部从稀释的废物中沉淀出来。该沉淀的材料可通过输送系统530除去。用这种方式， 可以从稀释的废物有利地消去这种颗粒，该颗粒可干涉后续过程，例如生物消化。在某些实施方案中，在线解析器可被配置用来解析通过管528的稀释的废物。这 种实施方案可为有利的，因为废物可含有含木质素的材料，其可干涉泵送和后续的厌氧性 生物消化过程。尽管本发明优选的说明性实施方案如上所述，对本领域技术人员明显的是可不脱 离本发明而进行各种改变和改进。所附的权利要求是用来覆盖落在本发明真实的精神和范 围内的所有这种改变和改进。
权利要求
一种加工废物的方法，其中所述废物包含嵌入其中的硬颗粒，所述方法包括破碎至少一部分废物，由此从破碎的废物中释放至少一种嵌入的硬颗粒；从废物中分离至少一种释放的硬颗粒；和然后，用液体稀释剂稀释废物。
2.根据权利要求1的方法，进一步包括连续提供废物，其中所述破碎至少一部分废物 包括破碎至少一部分连续提供的废物。
3.根据权利要求1的方法，其中所述分离至少一种释放的硬颗粒包括基于释放的硬颗 粒的预定最小尺寸分离至少一种释放的硬颗粒。
4.根据权利要求3的方法，其中所述预定最小尺寸为约8厘米的平均直径。
5.根据权利要求3的方法，其中所述基于预定最小尺寸分离至少一种释放的硬颗粒包 括使释放的硬颗粒和破碎的废物进行尺寸排阻。
6.根据权利要求5的方法，其中所述尺寸排阻被配置用来排除具有预定最小尺寸的硬 颗粒。
7.根据权利要求6的方法，其中所述预定最小尺寸为约8厘米的平均直径。
8.根据权利要求1的方法，其中所述破碎废物包括用至少一种凸起物冲击废物。
9.根据权利要求1的方法，其中所述废物进一步包含金属污染物，所述方法还包括从 所述废物中除去至少一种金属污染物。
10.根据权利要求9的方法，其中所述除去至少一种金属污染物包括从废物中磁性除 去至少一种金属污染物。
11.根据权利要求1的方法，其中破碎器棒位于接近输送废物的开式螺旋器位置上，从而形成其空隙之间的尺寸排阻，其中所述破碎包括用破碎器棒冲击输送的废物，从而释放至少一种嵌入的硬颗粒，和 其中所述分离包括排除至少一种具有比尺寸排阻空隙更大尺寸的释放的硬颗粒。
12.根据权利要求1的方法，其中所述破碎至少一部分废物包括将废物沉积至旋转筛 选器上，从而释放至少一种嵌入的硬颗粒。
13.根据权利要求1的方法，其中所述液体稀释剂包括来自厌氧性生物消化器的液化 生物消化物。
14.根据权利要求1的方法，其中所述稀释废物步骤包括稀释废物直到废物的固体含 量为约12-13%。
15.根据权利要求1的方法，还包括加热废物。
16.根据权利要求1的方法，其中所述液体稀释剂具有比废物高的温度。
17.根据权利要求1的方法，其中所述稀释废物进一步包括搅拌混合稀释的废物。
18.根据权利要求1的方法，进一步包括将稀释的废物输送至厌氧性生物消化器中。
19.根据权利要求1的方法，其中所述破碎包括在尺寸排阻装置上冲击废物，和 其中所述分离包括使用尺寸排阻装置排除释放的硬颗粒。
20.一种用于加工废物的系统，其中所述废物包含嵌入其中的硬颗粒，所述系统包括 废物破碎器，其中所述废物破碎器破碎至少一部分废物并且从破碎的废物中释放至少一种嵌入的硬颗粒；分离器，其中所述分离器从废物中分离至少一种释放的硬颗粒；和稀释装置，其中所述稀释装置用液体稀释剂稀释废物。
21.根据权利要求20的系统，还包括将废物连续提供至废物破碎器的废物装载器，其 中所述废物破碎器被配置用来破碎至少一部分连续提供的废物。
22.根据权利要求20的系统，其中所述分离器被配置用来基于释放的硬颗粒的预定最 小尺寸分离至少一种释放的硬颗粒。
23.根据权利要求22的系统，其中所述预定最小尺寸为约8厘米的平均直径。
24.根据权利要求20的系统，其中所述废物破碎器通过用至少一种凸起物冲击废物来 破碎废物。
25.根据权利要求20的系统，其中所述废物进一步包含金属污染物，其中所述稀释装 置进一步被配置用来从废物中除去至少一种金属污染物。
26.根据权利要求25的系统，其中所述稀释装置还包括磁铁并且被配置用来从废物中 磁性除去至少一种金属污染物。
27.根据权利要求20的系统，其中所述废物破碎器被配置用来在在尺寸排阻装置上冲击废物；其中所述分离器被配置通过使用尺寸排阻装置来排除释放的硬颗粒。
28.根据权利要求20的系统，其中所述分离器包括尺寸排阻装置，其中所述尺寸排阻 装置被配置用来排除至少一种释放的硬颗粒。
29.根据权利要求28的系统，其中所述尺寸排阻装置进一步被配置用来排除具有预定 最小尺寸的硬颗粒。
30.根据权利要求29的系统，其中所述预定最小尺寸为约8厘米的平均直径。
31.根据权利要求20的系统，其中所述废物破碎器和分离器是集成的。
32.根据权利要求20的系统，其中所述液体稀释剂包含来自厌氧性生物消化器的液化 生物消化物。
33.根据权利要求20的系统，其中所述稀释装置稀释废物直到废物的固体含量为约 12-13%。
34.根据权利要求20的系统，其中所述液体稀释剂具有比废物高的温度。
35.根据权利要求20的系统，其进一步包括热源，其中所述热源被配置用来在稀释装 置中加热废物。
36.根据权利要求20的系统，其中所述稀释装置进一步包括混合装置，其中所述混合 装置被配置用来混合稀释的废物。
37.根据权利要求36的系统，其中所述混合装置包括搅拌桨，并且被配置用来搅拌混 合稀释的废物。
38.根据权利要求20的系统，其中所述稀释装置进一步被配置用来将稀释的废物输送 至厌氧性生物消化器中。
全文摘要
本发明提供了用于加工废物的装置、方法和系统。例如，本发明提供了用于加工废物的系统，其中废物包含嵌入其中的硬颗粒。系统可包括废物破碎器，其中该废物破碎器破碎废物并且从破碎的废物中释放至少一种嵌入的硬颗粒；分离器，其中该分离器分离至少一种从废物中释放的硬颗粒；和稀释装置，其中该稀释装置稀释废物。在某些实施方案中，系统可包括将废物连续提供至废物破碎器的废物装载器，所述废物破碎器被配置用来破碎至少一部分连续提供的废物。
文档编号B09B3/00GK101925418SQ200880125503
公开日2010年12月22日 申请日期2008年12月15日 优先权日2007年12月21日
发明者M·科特尔科, P·科特尔科 申请人:高原再生能源研发有限公司