专利名称：化学还原废料的装置和方法
技术领域：
本发明涉及废物处理领域，具体涉及用于消化和卫生处理废料的系统和方法，所述废料例如传染性废料和其它危险性、生物危险性或放射性废物。
背景技术：
许多机构如医院、各种保健机构、研究教育机构、食品加工厂等都产生大量传染性、生物危险性或放射性废物。这些废物包括手术和病理学组织、动物组织、尸体、血液和其它体液、暴露给血液的一次性物品、以及病人或动物的其它有潜在传染性或危险性的体液。在美国，根据国家法律将这些废物归为“法定医疗废物”(RMW)，这些废物必需严格按照适用的政府规章处理。
卫生组织和政府管理部门越来越关心现有清洁和处理方法的适用性。人们发现，某些具有潜在生物危险性的试剂如原核生物或传染性蛋白质(蛋白感染素)实际上能在经历高压灭菌过程后复活。于是，人们寻求更有效的消毒技术来处理固体传染性生物医疗废物和含有这些废物的水溶液。
另外，大学和其它研究机构同样也产生大量这样的废物。例如，在对细胞系、组织或动物进行实验时，通常要将染料、有毒化学品或者传染试剂引入实验对象。此外，放射性物质也常常用作改善化学、生化、制药、生物医学和生物研究的工具。一般用放射性同位素标记药物或化合物，以高效而精确地研究这些化合物在人体内的新陈代谢和结合作用。在完成了实验和分析后，由于将传染性试剂或危险性或放射性物质引入了组织，因此剩下的组织或动物尸体就落在“法定医疗废物”、危险废物或低放射性废物(“LLRW”)的类别范畴内。另外，动物废物、动物垫草、加工材料以及暴露给任何动物体液或排泄物的其它物质也需要作为传染性或危险性废料来处置，这就要求根据适用的政府法规进行处理。
此外，现在保健组织常常要利用消毒剂(如甲醛或戊二醛)清洁暴露给传染性试剂(包括动物试剂)的材料、器械或表面区域。人们认为所用清洁溶液都是危险性液体废物，因此也必需依照政府法规对它们进行处理。基于惯例处理这些废物的成本非常高。另外，甲醛、戊二醛、酚等物质一般用于对组织进行防腐处理和固定传染性生物物质。因此，这些组织和固定剂也必需依照适用的政府规章作为“法定医疗废物”、危险性废物和混合废物来处理。
另外，含有用14C或3H或其它放射性同位素标记的动物尸体被归为LLRW。因为州和联邦指南规定了LLRW的处理，因此处理它们的过程中必需伴有专门的防范措施。近来，处理这类废物时通常采用的两种方法是焚化和埋藏。目前，联邦法律仅允许在动物尸体所含的放射性同位素浓度在一定水平以下时才能焚化。但是，即使放射性同位素浓度低于该水平，焚化也会受到州和地方机构的进一步限制。当动物尸体内的放射性水平在联邦、州和地方当局规定的最低可接受水平以下时，其作为放射性废的处理不必受任何额外规定限制。但是，对于比较复杂的物质来说，某些主要大都市区域禁止焚化任何水平的放射性动物尸体。尽管如此，即使在不包括放射性物质时，普通焚化工艺本身也要受其它规定制约，例如需要获得州或当地环境机构的许可。另外，在清洁空气规章的约束下，未来对焚化炉的设计和功能的要求将增加，从而为继续将焚化作为处理被归为LLRW的动物尸体、或处理任何非放射性尸体或人类病理学废物的实践方法带来疑问。
近来，对于放射性动物尸体的焚化而言，仅有的实际意义上的替代方法就是在特许LLRW处理厂将尸体掩埋。该方法要求将整个尸体封在石灰和吸收剂中，在将它们封到专用圆筒内，然后将这些圆筒运到LLRW场。目前，美国只有两个这样的场所，它们位于Washington州的Hanford和South Carolina州的Barnwell。由于美国当前可用的地埋场所很有限，通过该方法处理所有的放射性废物非常昂贵；对于含低水平放射性废物的动物尸体而言，由于尸体尺寸和重量的原因，这更是昂贵得不成比例。由于与地埋有关的成本非常高昂，并且因为当前获得这种场地的限制，将地埋作为处理被归为LLRW的动物尸体的方法的可行性存在疑问。
本领域已知的是，根据联邦法律，在适当记录跟踪和/或监控的条件下，可将某些低水平的放射性废物处理到污水管中。它包括含量低于10C.F.R.20规定的最大允许浓度(MPC)的同位素水溶液和人类废物中放射性同位素。例如在处理许多接受癌症治疗的病人产生的放射性废物过程中，就能利用这种方法。现在，治疗癌症的通用方法就是放射疗法，该方法经常包括吸收放射性化合物。许多这种放射性化合物最后要通过粪便和尿液排泄物离开人体。这些排泄物含有少量放射性物质。但是，由于人体排到污水系统中的放射性物质的水平被充分稀释，从而不会对公共健康和安全造成任何危害，因此该放射性物质可通过普通污水系统来处理。该方法存在于州和联邦的LLRW处理法规中。但是因为动物是天然固体废物，因此含有非生命残留的LLRW不容易通过这些方式来处理。
本领域公知的是，按照授予Ziegler的美国专利1974554的公开，含角蛋白的废物(如头发和趾甲)可通过酸或碱解方式溶解。人们还知道，含角蛋白的蛋白质的水解可利用碱性溶剂进行。授予Drs.Kaye和Weber的美国专利5332532也披露了可将这种水解方法用于被放射性物质污染的蛋白质，该专利为本申请的受让人所共有。
在传染性、生物危险性或低水平放射性废物的已知处理方法中，由于环境法律的不断变化演化，每一种方法都面临难以确定的未来。另外，每一种方法都非常高昂，这对于医院、大学和其它机构本已紧张的研究和废物管理预算来说，更是雪上加霜。因此，就需要能安全而廉价地处置并处理有机废物的方式。
本发明满足了这种需要。
发明内容
本发明涉及一种通过让不想要的物质经历受控的碱解周期来降解、消化或中和这些物质的系统。在一种形式中，该系统包括具有能容纳不想要物质的设备的装置，例如可封闭的反应容器。该装置还包括用于控制系统操作的设备。该装置还包括用于根据容器的最大容积将预定量的水引入容器内部的设备和根据容器最大容积将预定量的碱性化合物引入所述容器内部的设备。另外，装置包括用于在将水和碱性化合物引入容器内部之后将容器内部加热到预定温度水平的设备，并维持预定温度水平的时间要足能产生安全而又能任意处理的终产物。
本发明提供的方法大致包括以下步骤提供可密封的容器，为容器装入强碱溶剂，将含有不想要成分的废物浸在强碱溶剂中，加热强碱溶剂。让废物留在强碱溶剂中，直到可水解物质被降解或消化(即，基本上完全水解)，由此形成无菌溶液和无菌固体废物。然后通过传统方式处理该水溶液和所有的所得固体废物，这些传统方式例如污水管、嫌气发酵罐、局部填埋场，或者，如何适当的话，作为肥料进行土地利用(以液体或固体形式)，或者与泥炭、堆肥或其它纤维素材料混合。
本发明的一个目的是提供一种用于处理可水解废物的改进系统、方法和装置。本发明的相关目的和优点将通过以下描述得以阐明。
图1是由本发明目前优选的实施例提供的系统的示意性图；图2是由本发明目前优选的实施例提供的方法的流程图；图3A、3B和3C分别是依照本发明第一实施例的保持罐的侧视图、俯视图和仰视图，用以在消化周期过程中将废物装纳、存储在容器腔室内；图4A表示本发明提供的独特真空平衡器的分解视图；
图4B和4C分别表示处于打开和闭合状态的图4A的真空平衡器；图5A-5D表示本发明提供的搅拌注射设备的各个视图；图6A-6C分别是依照本发明第二实施例的容器腔室的仰视图、正视图和侧视图，用以在水解消化周期中容纳和存储废物；图6D表示图6A-6C的实施例的分解透视图；图6E是图6A-6C的实施例的管路图；图7A-7C分别是依照本发明第三实施例的容器腔室的俯视图、侧视图和端视图；图7D是图7A-7C的实施例的管路/电路图。
具体实施例方式
本发明涉及用于处置并安全处理含有不想要试剂或成分的废物的系统和方法，这些废物例如但不限于动物尸体、动物组织、有机物质、有机磷杀虫剂和神经毒气、硝酸酯和芳族硝基化合物、化疗试剂及相关烷化剂(例如硫芥子气、氮芥子气和光气)、抗生素、植物、动物和细菌毒素、非蛋白质性毒素(例如黄曲霉毒素和河豚毒素)、动物毒液(例如蛇、蜘蛛、蝎子、鱼和两栖动物毒液)、植物儿茶酚、多酚、传染性、生物危险性、危险性和放射性的物质。本发明的系统和方法被设计成、并试图符合目前所有的适合处理这些废物的联邦、州和地方法律或法规。
本发明的方法包括以下步骤提供一个可密封的容器，提供强碱溶剂，将含有不想要成分的废物浸在容器内的溶剂中，加热溶剂和废物，让废物留在溶剂内直到废物被消化或降解，由此形成无菌水溶液和无菌固体废物。废物的消化或降解程度可通过在一个大气压以上的压力下、往溶剂浴中加入催化剂、或者综合采用以上两种方式处理废料来提高。经过冷却，通过传统处理方式(例如污水管或填埋，或者甚至用作土地应用中的肥料)直接处理消化后的终产物。如果优选，消化后阶段还包括清洗或冲洗最终的废产物和容器内部。本发明的系统和方法还大大降低了要处理的消化后固体废物的量。
在此发明人确定，降解/消化的完成(时间对温度曲线)可通过随着消化过程的进行测量氨基酸的产生率来确定。当该过程达到渐进线状态时，认为消化完成。
操作过程中，当操作人员要处理废物如动物尸体或残留时，例如将废物置于保持罐内，然后将该保持罐置于所述容器内部。然后通过传统盖夹方式固定好容器的盖。置于容器内进行消化的废物的装载量应当至少是容器容量的10％(重量)，但不得高于容器总容量重量的60％。然后启动消化周期，让废物基本完全浸在强碱溶剂中。
对于本申请而言，“强碱溶剂”或“强碱性溶剂”包括1-2摩尔(M)的碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物或碱土金属氧化物的水溶液。优选的是，该溶剂的pH至少应当高于13，优选在13到14的范围内。氢氧化钠(NaOH-一般也称为苛性钠或氢氧化钠)或氢氧化钾(KOH-一般也称为苛性钾或氢氧化钾)的水溶液是优选的。虽然NaOH或KOH的水溶液优选，但含有氧化钙(CaO-一般也称烧石灰、生石灰、苛性石灰)、氢氧化氨(NH4OH-一般也称为氨水)或氢氧化镁的溶液也适合于某些应用。合适的强碱溶剂的例子可以是0.1M到2.5M的NaOH水溶液，或者氢氧化钠大约为0.4％-10％(重量)的水溶液。
消化过程中，应将可水解的物质浸在足量溶剂中，使这些物质降解或消化。确保碱对完成废物(尤其是动物组织)的消化来说是过量的比例是碱金属氢氧化物与湿组织重量的比例为1∶10。该比例的另一表达是将溶解在900升水中的40公斤NaOH加到100公斤的干重蛋白质中，或者按重量将溶解在500L H2O中的40公斤NaOH加到500公斤的鲜或冷冻废物中。这些比例仅作为说明如何实施该方法、如何操作此处所述系统的说明给出，其不是对本发明本质或范围的限制；使用此处所述的系统和方法的人们在实践本发明时可以找到更加经济和精确的比例。为了保证所有传染性废物(包括原核生物)降解，应将强碱溶剂至少加热到大约90摄氏度、优选110到150摄氏度的温度。
优选的是，在废物浸到溶剂中后，于封闭的容器内实施反应。为了维持反应的理想速率和理想配比，减少反应中的CO2的量很有好处。这可简单地通过减少或限制强碱溶剂与环境的接触来实现。
在废物如动物尸体和强碱溶剂之间的反应按其自然速率进行的情况下，要花费不切实际的时间。因此，有利的是将反应速率提高到反应自然进度之上。提高反应过程速率的一种方法是加热溶剂，优选将其加热到110到150摄氏度的温度。在较高大气压下于密封容器中进行反应也可以缩短消化动物组织所需的反应时间。一种优选模式包括在大约55PSIG(或约3.8大气压)的压力下将溶剂加热到150摄氏度的温度大约三(3)小时。人们发现，热动力学的基本定理或“Q10定理”适用于本发明，也就是温度每升高10摄氏度，封闭容器内发生的化学反应的反应速率就升高2倍，由此可使消化时间大约缩短50％。该现象是基于Arrhenius方程。
另外，如果需要，还可加入相对溶剂的浓度高达1％的去污剂(例如硫酸月桂烷酯钠或脱氧胆酸月桂烷酯钠)，以提高消化速率。还应当注意的是，将去污剂加到溶剂中还具有以下优点分散不可皂化的卵磷脂，有助于对生物物质进行消毒。
归根结底，反应速率取决于具体变量，例如溶剂温度，反应容器内的压力，废物的性质和体积(即尸体或废组织的物理尺寸)，废物与强碱溶剂体积的比例。随着反应速率变化，废物必需浸在溶剂中的时间也变化。但是，不管反应速率如何，废物都应完全浸在溶剂中，直到废物溶解或水解。让废物留在溶剂中直到消化也有助于产生更为无菌的溶液。
一旦废物(如动物组织)被消化，一般留下两种固体残骸。第一种残骸由可被实验室动物摄取的橡胶、塑料或纤维素材料以及由实验或手术过程遗留的残骸组成，所述实验或手术过程遗留的残骸例如手术钳、缝线、玻璃以及少许塑料或纸张。固体项例如那些从来不与放射性同位素结合的材料。一旦完成消毒，也不认为这些固体项是大多数辖区的生物医学废物。这类残骸一旦与溶液分开并经过清洗，就经常作为普通消毒固体废物进行简单处理。
第二种不溶固体残骸包括动物骨骼结构和牙齿的无机部分。除非使用了能结合到骨骼和牙齿的无机部分中的放射性同位素，骨骼残余的无机成分将不含放射性同位素，并可作为固体消毒废物来处理。当骨骼残余与溶剂分离并经过洗涤时，它们非常易碎。
当生物废物已在溶剂中消化、并清除了固体残骸后，溶液包括浓度经过稀释的放射性同位素(该浓度满足联邦法规中的MPC要求)和包括氨基酸和缩氨酸的碱金属盐的碱性混合物、糖酸、核酸、小分子肽、卵磷脂中的脂肪酸、来自卵磷脂和核酸分解产物的磷酸盐、可溶性钙盐、颜料、糖、糖醇、烃、以及源自通常存在于体液溶液中的电解质的无机酸。这些副产物类似于烹调废渣大量释放出的物质以及所有商用和家庭厨房的废物。因此，溶液含有无毒、并且可被土壤和污水处理系统中存在的细菌或真菌生物降解的化合物，以及可能含有非常稀的放射性溶质。
因为消化周期末期的溶液仅含有无毒的可生物降解物质和动物组织释放出来的水，因此不需要为了实现安全处理而进一步稀释溶液。但是，可通过用过量水冲洗容器和无机残留物、通过对这些排放物和工地、机构或公司的日常排放物进行温度调节辅助冲洗，实现进一步稀释，从而降低碱度。(适用地方、州、联邦和国家法规一般不允许故意稀释可溶的放射性废物)。另外，在此阶段可将二氧化碳注入到溶液中，从而将其pH值降到大约7.5和10之间。但是，在该阶段溶液中放射性同位素的浓度水平应在能安全释放给污水管的范围内。
该含有细胞和组织的分解产物、并含有放射性同位素标记的溶质的残留的无菌、中性水溶液可利用通常用于处理日常无毒和可生物降解物质的方法进行安全处理。利用污水系统之类的处理设备以及其它适合处理这些简单的生物可降解化合物的处理设备处理这些溶液非常安全。
现在参照图1，其示意性地示出了用于实施本发明的优选系统10，该系统包括能够容纳溶剂溶液和废物(例如动物组织或尸体或法定医疗废物)的封闭反应腔或容器12。为了下面讨论的目的，容器12的一部分由双壁结构限定。当然，容器必需由能够耐受本发明所用的pH值、温度和压力的材料构成。适当的材料包括某些不锈钢成分。容器12还必需能以气密方式封闭，以便在容器内部14内为要实施完成的受控碱解周期提供必要环境。于是，容器12的盖子或覆盖物16必需能牢牢封闭，其压力密封性和气密性应能耐受消化周期的温度和压力，并避免将大气引入(尤其是二氧化碳)容器内部，或者更为重要的是，避免容器内部的内容物散逸或无意排放到大气中。实现容器的密闭可通过本行业公知的传统盖夹(未示出)来实现。
本发明实施的系统和方法受传统的可编程逻辑控制器(PLC)设备(未示出)控制，该设备由可编程的多回路机器控制器限定，并被计算机化成能实现自动操作。该控制设备优选包括信息屏幕、自动程序软件的磁盘驱动器、用于记录操作过程中的工艺参数和数据的磁盘驱动器或类似记录设备、用于以可选择方式人工输入或操作的键盘。
系统10还包括与容器12的一条或多条腿耦合的重量传感器18(示意性示出)，用以确定容器内容纳的废物重量，并产生代表该重量数据的输出信号。传感器被预置成在没有内容物时让容器重量等于零重量。然后将内容物重量数据输给PLC控制设备，根据该重量输出数据确定要利用水源20通过管道20a和容器内部的喷洒球或喷嘴20e、和溶剂源22通过溶剂回路管道24和泵26引入容器内部的水和溶剂的适当量。溶剂借助注射设备28注入容器12的内部，图1仅示意性地示出了该注入设备，而图5A到5D对此做了详细示意。注入装置28通过在容器60的底部62(见图5A)向上引入溶剂溶液的射流，维持容器内容物的移动，并避免废物集聚在容器60的底部不与溶剂彻底混合，从而将容器内部14的内容物进行混合并搅拌，增强了强碱溶剂与要消化废物之间的相互作用。这样作，搅拌注射设备还可缩短消化周期的时间。
应当理解的是，本发明并不限于在此描述和表示的搅拌注射设备，它可以是能将溶剂引入容器内部的所有设备。这样仅将容器引入容器就能将碱-水溶液与废物“混合”在一起。加热也产生混合。此外，内容物的搅拌可通过各种设备实现，这些设备包括与容器耦合的外部机构，例如能以物理方式移动容器的摇摆或振动机构。所有这些混合或搅拌容器内容物的可选择设备都是本发明所预期的。
按照上面所述，优选工艺要求加热溶剂溶液，以便加速完全溶解动物组织、尸体或医疗废物的消化过程。为此，系统10中还包括优选由不锈钢蒸汽套30限定的加热设备，该设备沿圆周布置在容器12的竖直侧壁和基座周围，用以在将水和溶剂引入容器内部14之后，将容器内部加热到第一预定温度水平。热水或水蒸汽在双壁容器12的侧壁间循环。虽然水蒸汽套限定了优选实施例，但本发明可采用任何公知的用于加热溶液的加热设备。水蒸汽通过水蒸汽源32和设有截止阀32b、调节阀32c的管路32a提供给夹套30。该系统还包括通风口34，它被布置成一旦启动周期就进入打开状态，此后当容器内部的温度达到预定第一温度时通过PLC控制设备关闭。容器12内的温度通过容器热电偶36a计量，而容器内的压力通过PSI传感器38来计量。溶剂回路中的温度通过回路热电偶36b计量。
在优选实施例中，利用喷射装置40在容器内部14中产生真空。当通风口34打开、并借助管路20b由水源20向喷射器提供冲洗水时，喷射器的作用将容器内部的空气和所有臭气引入管道34a，于是空气和臭气最后被喷射器40的冲洗水夹持，然后通过排水管道42a从系统排到排污管42中。排水管处的流体温度通过热电偶44计量，以便监视出水在处理到排污系统之前的温度。真空产生喷射器大大减少了通风阀34闭合前在装填容器的过程中从腐败尸体中散逸的臭气。
周期中，一旦容器的内容物在消化周期(加热和冷却)后排出，就要利用冷水通过喷洒球20e冲洗容器内部，此时排水阀41是打开的。几分钟后，关闭排水阀41，开始为容器装水。一旦将容器装到能覆盖废物的位置，就通过注射设备28注射几分钟水溶液来搅拌内容物，以提高冲洗效果。然后再打开排放阀41，让容器的液体成分排出。之后，如果需要或必需，第二次关闭排泄阀41，再次为容器充入水。然后再次加热容器，以便将容器内的液体加热到大约95摄氏度(203°F)，由此启动加强冲洗。该消化后加热阶段中采用的时间和温度可以变化。
为了平衡或控制容器内在消化后的冷却周期过程中产生的真空、并避免真空阻碍容器排放，设置了下面参照图4A-4C讨论的真空平衡装置46，它能在容器内部的真空压力达到或超过真空平衡器46的阈值压力时选择性地让外部空气进入容器内部。虽然在此所示和所讨论的真空平衡器是独特设计，但任何不会泄露流体或收集压缩流体的真空平衡装置都适合本发明的高效操作。
下面参照图4A，它详细示出了一种真空平衡器46，该真空平衡器包括真空夹具47、真空塞48、环形端帽49、真空垫圈50、O型圈51、平垫片52、内六角螺钉53、上套圈部分54、下套圈部分55、弹簧56和温度计帽57。在图4C所示的封闭状态下，弹簧56向上压迫内六角螺钉53、垫片52和真空塞48，从而使O型圈51与真空垫圈50紧邻结合，由此避免任何空气通过。当容器12的内部真空压力达到某个点时，如图4B所示，它就会克服弹簧56的压力，让真空塞48向下移动，使得O型圈51与垫圈50脱开，从而让周围空气进入容器内部，同时喷射器40将空气从容器内部抽出。
优选系统还包括一个可透过的罐子，它能在消化周期中将废物组织或残留、或医疗废物保持在容器内部14，以便将废料完全浸在溶剂溶液中。如图3A-3C所示，该罐子优选包括由钢筛网62限定的圆柱形物件60，它具有上缘部分64、下缘部分66、以及用于将废物组织封闭在罐子60内的盖68。(虽然罐子的优选形状是圆柱形，但其它非圆形状也是适当的，都应将它们考虑在本发明的范围之内。)优选有一个把手68a与盖68结合。如图3B和3C所示，盖68和容器底部都包括不锈钢筛62，它们优选由网眼大约为3mm到6mm(八分之一(1/8)到四分之一(1/4)英寸)的不锈钢筛网构成。盖68通过传统方式以可拆卸方式固定在罐子的主体61上，把手68a装配有眼孔部分68b，用以容纳将罐子降低或升高到容器内外的附加设备。按照下面的讨论，在消化废物组织时，让可透过的罐子60升到容器12外部，或在“净侧”清除过程中将容器12侧壁上布置的另一口移开，由此排出罐子60内残留的未消化固体杂质。罐子的高度“h”(图3A)和直径“d”(图3C)可以变化，以适应尺寸变化了的废物组织或尸体的数量变化，或适应医疗废物的体积或质量变化。对于较大容器，必需采用机械升降系统将较重或大体积的大型动物尸体或大量医疗废物的装载物降到容器内部。
如上所述，优选实施例包括图5A-5D所示的搅拌注射设备28，用以通过在反应进行的同时让溶剂持续运动来加速溶剂溶液和废物组织之间的反应速率。这种设备可通过借助回路24和泵26让溶剂循环、并通过多个喷射口以大致瞄准保持罐60(图5A)的底部的变化角度将溶剂喷到容器内部来实现(图1)。该设计方案让溶剂在容器内部保持移动状态，并让废物不聚集在罐60的底部，聚集在底部将延长并减缓消化过程。搅拌喷射设备28优选包括多个与相应直角接头部件28b耦合的同心节流器或喷嘴28a，所述直角接头又与相应的管件28c相连，最后管件与相应的横向部件28d耦合。每个横向部件28d与螺钉连接部件28e相连，用于把喷射设备固定在流入管24a的上端。如图5A-D所示，喷嘴无需是圆锥形，它的形状和尺寸可为适应特定应用而改变。在优选实施例中，可按照大约22.5度的倾角A布置对置喷嘴29a(图5C)，按照大约45度的倾角B布置对置喷嘴29b(图5D)，以便增强注射器的搅拌和混合作用，从而促进消化反应。可以选择的是，角度A和B可为适应特定用途而变化。
如图5A所示，将溶剂送入注射器28的流入管24a以同轴方式伸入，并向上伸过流出管24b。流入管24a的直径小于流出管24b的直径，这样容器12的水性内容物可沿图5A中的参考箭头“a”所示方向向下排到所示的流出管24b中。流出管24b将溶剂带回溶剂回路24和泵26(见图1)，必要时通过排放阀41排到污水管42中。本领域普通技术人员可以理解的是，图5A中所示的连接点“b”必需足够牢固，能耐受强碱、高温和高压环境。还应当理解的是，注射设备可包括以固定布置方式布置在容器内部周围的独力喷嘴，用以将溶剂引导到废物上。该机构在涉及较大直径的容器和较大体积的废物的大型应用时很有用。该独力的固定喷射可用于代替此处所述和所示的喷射机构28，或作为它的补充。
图2表示本发明周期过程的流程图。操作过程中，要对废物进行称重，该重量、水和溶剂的比例由PLC控制设备(方框a)自动确定。然后根据PLC控制设备做出的重量计算结果将适当量的水(方框b)和溶剂(方框c)引入容器内部。水一般以按重量60％的水对40％的组织的比例加入，但也可根据具体装载量和废物类型的需要以其它量加入。碱要根据组织重量以预定的浓度加入。其一般相当于以组织总重量的15到20％的比例加入50％的NaOH溶液。然后加热设备30(图1)在封闭通风口34(方框e)的同时将容器内部(方框d)加热到消化周期温度。然后系统10维持高温达预定的一段时间(方框f)，该时间可由PLC控制设备根据容器中设置的要消化的废物重量来计算。该系统一般维持大约150摄氏度(302°F)的消化温度大约3小时，或者如果在低温下操作，就要根据在100摄氏度下理论上完全消化需16个小时来确定对应于该温度的适当时间，根据上面讨论的热动力公式，温度每升高10摄氏度消化周期的时间就会减半。具体来说，在给定温度下要将一个适当的安全因子引入到理论消化时间中，以适应因装载物尺寸、成分、分布等方式变化产生的差别。
接着，系统进入消化后的冷却周期，此时让冷却水从水源20(图1)经管路20c进入蒸汽套内部30，以降低容器内部的温度(方框g)。该过程持续到容器内部压力大约达到大气压(101.3千帕/每平方英寸14.7磅)(PSI)，此时在能测量1.0大气压以上压力的压力计或传感器上的读数为零。一旦系统得到充分冷却，就通过控制设备打开通风口34(方框h)和排放阀41(方框i)，让容器向污水管(排污管42)排放，从而将容器内的液体内容物下排预定位置，在达到该预定位置时将排放阀41关闭(方框j)，同时继续引入冲洗水冲洗容器内部(方框k)，直到内部优选大约达到半满状态。在该周期的此时此刻，利用冲洗液喷射容器内部，在再次打开排水管之前，通过喷射器28让内容物循环预定时间，以冲掉容器内部残留的所有残余物质(方框l和m)。然后再次关闭排水管(方框n)，再次部分充入容器，进行最后的加热冲洗周期(方框o、p和q)。在该阶段完成了消化和冷却周期，打开容器，排出并清空废物保持罐。然后将空罐置于容器内部，以便使系统为后续的操作做好准备。
本发明还提供了一种通过让废物经历可控的碱解周期、产生适合传统卫生处理的无菌终产物的消化或中和废物的方法，所述废物包括有机组织或传染性、生物危险性、危险性或放射性试剂。该优选方法包括以下步骤a)提供一封闭反应容器12，它与加热-冷却设备耦合；b)将废物装到封闭反应容器12中；c)通过与容器12耦合的重量传感器18测量所述容器内容纳的废物重量，并产生重量输出数据；d)控制系统操作，包括接收并考量重量测量传感器18产生的重量输出数据，确定要引入容器12内部的水和溶剂的适宜量；e)在确定了要引入容器内部的水和溶剂的适宜量之后，借助容器的通风管启动抽真空，以清除臭气，同时通过水源20和管线20a将PLC控制器根据重量输出数据确定的水量引到容器内部，并将PLC根据重量输出数据确定的强碱性溶剂量引入容器内部；f)在把水和碱性溶液引入容器内部后，通过加热设备(蒸汽套30)将容器内部加热到第一预定温度；g)通过搅拌注射设备28混合或搅拌容器内容物，以增强溶剂和组织之间的相互作用；h)一启动消化周期，就通过通风口34为容器内部持续排风，当容器内部的温度达到第一预定温度时关闭通风口；i)将容器内部加热到消化周期温度，维持该温度预定时间；j)在消化周期结束后由水源20为加热设备30引入冷却水，开始冷却容器内部；k)让喷射器40工作，打开通风口34，产生真空，以去除容器内部遍布消化后过程的残留物中的所有臭气；l)在消化后过程的其它过程中，通过真空平衡器46平衡喷射器40产生的真空，以通过选择性让外部空气进入容器内部来避免真空对容器排放的干扰；m)打开排放阀41，排出容器内容物的消化液部分，打开管线20a启动喷射冲洗，以去除容器内部的固体废物残留中的所有溶剂溶液的残余；n)关闭排放阀41，同时维持喷射管线20a打开，以便通过喷洒球20e持续喷洒冲洗，打开水管线20d，再次为容器冲入高出消化罐60的底部以上约15cm(6英寸)的水，启动泵26，通过回路24让冲洗水在整个固体废物残留内再循环预定时间，以便对固体废物残留进行补充冲洗；o)打开排放阀41，排出容器内容物的冲洗液部分；p)打开管线20a再一次启动喷洒冲洗，以便进一步去除固体残留中残留的溶剂冲洗液；q)关闭排放阀41，同时维持喷射管线20a打开，打开水管线20d，再次为容器充入高出消化罐60的底部约15cm(6英寸)的水，启动泵26，让整个固体废物残留内的冲洗液再循环第二个时间段；r)将第二次冲洗液加热到预定温度，让第二次热冲洗溶液再循环预定时间，以便让溶液除掉固体废物残留中夹杂的所有消化溶液；s)打开排放阀41，排出第二次热冲洗溶液；t)在维持排放阀41打开的同时，打开喷洒管线20a，最后一次冲洗容器内部和固体废物残留；以及u)关闭喷洒管线20a，结束冲洗，并排出容器的液体内容物；以及v)最后，打开容器的盖16，从初始开口清除固体残留，然后进行卫生填埋处理，或者用作固体肥料。
应当注意的是，上述充水的水平可变为废料装载尺寸的函数，较大装载量需要较高的充水水平。换言之，应加入足量的液体，以便能将废料完全浸在里面，进而减少碱性溶液。
如上所述，封闭容器的另一特征是能从容器侧壁上布置的二级开口(未示出)中除掉废物残留。该特征能让容器按以下结构方式步骤一级开口位于设备的被污染部分内，而系统的剩余部分位于设备的清洁部分内。这能让污染材料得到处理和消毒，让无菌固体废物残留经二级开口排出，从而使无菌残留进入最终处理的清洁区域。之后，在打开一级开口装载废物以进行另一处理周期之前密封二级开口。该结构可被称为“脏端进料/洁端清除”。该实施例将上面的步骤(u)改为u)最后，打开容器，从二级开口排出固体废物残留，以进行卫生填埋处理或用作固体废料，然后在打开用于装载后续周期的新废料之前关闭并重新密封二级开口，其中脏端门或盖以及洁端门或盖要以电学方式联锁，以确保与法规相符，避免洁端污染。
最后，下面要阐明本发明的系统的例子及其操作使用方法。
例1在为容器例如装入含传染性或危险性试剂的动物尸体之前，要关闭容器的盖，以便让装载刻度为“零”。然后打开盖，为容器装入理想体积的废物。优选的是，装载量应当至少是容器容量的20％(重量)，但不得高于容器的重量容量，否则该情况下系统将不能操作，此时必需去掉超过的量。然后关闭并紧固容器盖。接着激活PLC控制器，通过首先确定容器内的废物重量启动消化周期。然后启动消化周期，优选以60％的水对40％组织(重量)的比例加入水，根据组织重量加入预定浓度的碱。所述浓度一般等效于按组织总重量的15％到20％的比例加入50％的NaOH溶液。
然后启动加热步骤，将容器内部温度升高到预定第一消化周期温度并维持预定时间，以彻底消化尸体。在优选模式中，该周期保持至少110摄氏度、优选大约130摄氏度、最优选大约150摄氏度的消化温度。在150摄氏度下，消化周期一般持续约3小时。
一旦消化周期完成，PLC设备就利用冷水流过容器的夹套30来启动冷却周期。容器一得到充分冷却，就让容器向排水管排放，然后部分装入冷水进行内部冲洗。接着再次让容器排水，再一次部分装水，如果需要就加热第二次的冲洗溶液。该热冲洗之后，让容器排放，用最后的喷洒冲洗喷洒内容物。然后完成冷却过程，让系统停机，打开排水管，彻底清空容器内部。
如果操作者在冷却周期结束时出现，就打开容器，取出并清空载废篮。然后将篮子重新置入，让系统为新一轮周期做好准备。但是，该情况下，操作者如果在冷却周期完成时不出现，例如当周期夜间运转时，操作者应当启动短时间的喷洒冲洗，优选约30秒。在最后喷洒过程完成后，打开容器，安全地对废物进行处理。
图6A-6E表示本发明的另一优选实施例，用于以化学方式还原范围约高达25磅的可水解废料的化学废物还原系统110。系统110包括可关闭的反应腔或容器112，它们能装纳强碱溶剂溶液和一定体积的水(例如动物组织、法定医疗废物、手术器械上的污染物等)。可以选择的是，可水解废料可以是医疗器械而非专门限定手术器械上的有机污染物。
优选的是，容器112的一部分由双壁结构限定。另外优选的是，容器内部114应当涂覆耐碱材料如不锈钢或陶瓷材料等。更为优选的是，容器112由能够耐受要在水解操作中遇到的pH值、温度和压力的材料构成。适宜的材料包括某些不锈钢组分。容器112优选能够以气密方式封闭，以便在容器内部114为要进行的控制碱解周期提供必要环境，以及避免强碱溶剂和废料散选到环境中。因此，容器112的盖或覆盖物116优选能够牢固封闭和密闭，以耐受消化周期的温度和压力，并避免大气(特别是二氧化碳)一不小心进入容器112的内部，更为重要的是，避免容器112内部的内容物散逸或一不注意排到大气中。容器112的这种封闭可通过该行业公知的传统盖夹(未示出)提供，或者通过本领域普通技术人员能得到的任何便利封闭设备来提供。
系统110还包括电子控制器117，例如上述传统上的可编程逻辑控制器(PLC)设备。优选的是，系统110还包括重量传感器或感测器118(示意性表示)，它与容器112以可操作方式耦合，并与电子控制器117电学相连，用以确定容器112内容纳的废物重量，还为控制器117产生包括该重量数据的输出信号。传感器118一般将没有内容物的容器112的重量预置为零重量。然后将内容物重量数据传给电子控制器117，以便根据该重量输出数据确定要引入容器112内部的水和溶剂的适宜量。在容器112较小(其容量例如能消化大约2到20磅的废料)的情况下，对于废料重量高达容器112的最大装载量的情况来说，预定量碱性溶剂(定义为能消化容器112的最大废料装载量)是优选的。该情况下，如果超过了容器112的最大容量，就要改变重量数据，否则系统110不能工作。
系统110还包括例如通过管线120a将水源120与容器112可操作地连接起来。通过水与干的碱土氢氧化物、碱氢氧化物或碱金属氧化物混合，形成强碱溶液，由此在容器112内形成强碱溶剂。可以选择的是，可先制备出强碱溶液，然后将其加到容器112中。图6E更详细地示出了系统的管道系统。管线120a通过阀124与进水口126和/或注射设备128相连，用以将水引入容器112。
对于前一实施例，优选的是要加热所制备的溶剂溶液，以便更有效、更快速地完成可水解废料的化学还原。因此，系统110优选包括加热器130，它以可操作方式与容器112相连，并与容器112热学连通。更为优选的是，加热器130是与容器112的基座热学接触的电热板，它能在把水和溶剂引入容器内部114之后将容器112内部加热到第一预定温度水平。可以选择的是，可利用任何传统类型的加热器130来加热容器112，例如前一实施例中描述的蒸汽套和本领域普通技术人员所公知的任何其它加热设备。电源132借助导线132a将电力提供给加热器130。优选的是，设置了与容器内部114热学连通的温度传感器119(例如热电偶等)，这样可根据需要连续监视或查询容器内部114的温度。更为优选的是，加热器130和温度传感器119都与电子控制器117电学连接，这样电子控制器117可根据预定或理想的时间/温度曲线调节加热器130的输出，以维持容器内部114的温度。
系统110还优选包括通风口140(下面将详细讨论)，它优选被布置成一启动周期，它就处在打开状态，当容器112内的温度达到预定的第一温度时，优选通过电子控制器117将其关闭。容器112内的温度可通过容器热电偶119计量，而容器112内的压力可通过压力传感器(未示出，例如PSI传感器)测量。
系统110还优选包括搅拌设备133，用以让溶剂和部分溶解的废物循环、混合。搅拌设备133优选是磁力的，例如磁力搅拌器135，它被设置成能在容器112内部产生磁场，并让容器112内设置的一根或多根磁力搅拌棒137旋转。磁力搅拌器135可与加热器130功能结合，例如本领域普通技术人员所公知的热板/搅拌器组合的形式。虽然磁力搅拌器135是优选的，但搅拌设备133还可包括本领域普通技术人员所熟习的、可混合并搅拌容器内部114的内容物的传统搅拌设备。这种搅拌增强了强碱性溶剂与溶解废物之间的相互作用，从而让容器内容物保持移动状态，避免废物集聚在容器112的底部。搅拌的另一好处是缩短了消化周期的时间。搅拌内容物可通过各种方式实现，它们包括与容器112耦合的外部机构，例如能以物理方式移动容器112的摇摆或振动机构。所有这些混合或搅拌容器内容物的可替代设备都是本发明所预期的。
优选的是，系统110还包括通风系统，用以在容器112处于闭合状态时减轻容器内部114的过压。流体管线142将通风口140与排水管线144连接起来。优选的是，在通风140和排水管线144之间连有止回阀146，用以避免容器112的污染。排水管线144还与容器112内形成的出水口148相连，用以排放容器溶液和所有溶解了的废物。
系统还包括连接在出水口148和排水管线144之间的喷射器150。水从水源120经管线120b流向喷射器150。喷射器150的作用在于将容器112内部的空气和所有臭气吸过流体管线142，借此最后将空气和臭气与喷射器150的冲洗水夹杂在一起，然后通过排放管线144排出系统。排水管处的流体温度可通过热电偶(未示出)来计量，用以监视出水在被处理到污水排放系统之前的温度。真空产生喷射器150大大减少了容器112装填过程中从腐败尸体中散逸的臭气，如果需要的话，在废物水解过程中或之后还可用于引出容器112中的气体。
操作过程中，一旦在消化周期(加热和冷却)之后将容器的内容物排出，就利用冷却水经进水口128冲洗容器内部，此时出水口148是打开的。几分钟之后，关闭出水口148，开始为容器112充水。现在可以认为容器112为另一水解周期做好了准备，可装入要还原的废物。一旦容器112中装入了预定量的水(至少足能盖住废物)，就加入预定量的强碱粉末，它们与水结合形成强碱溶剂溶液。然后用磁力搅拌器135和搅拌棒137搅拌内容物，将内容物加热到大约98摄氏度达预定时间，以便以化学方式还原废料。然后让容器112冷却，打开出水口148，将冲洗水引入容器112。关闭出水口，积累冲洗水并冲洗所有的残留固体。然后再次打开出水口148，排出容器112的液体内容物。之后，如果需要或必要，第二次关闭出水口148，再次为容器112充入水。然后再次加热容器112，以便将容器内的液体加热到大约95摄氏度(203°F)，由此开始了增强冲洗/扩散过程。该消化后加热阶段采用的时间和温度可以变化。
优选系统还包括可透液体的罐子160，例如篮子，它能在废物还原操作过程中将废料保持在容器内部114，从而让废料完全浸在溶剂溶液中。再次参照图3A-3C，该罐子优选包括由钢网筛62限定的圆柱形物件60，该物件具有上缘部分64、下缘部分66、以及可将废物组织封闭在容器60中的盖68。(虽然罐子的优选形状是圆柱形，其它非圆柱形形状也是适合的，因此应当将它们考虑在本发明的范围之内)。优选的是，与盖68结合着一个把手68a。容器60的尺寸能使它适合放在容器内部114。如图3B和3C所示，盖68和罐子的底部包括不锈钢网62，它优选由不锈钢筛网构成，网眼尺寸大约3mm到6mm(八分之一(1/8)到四分之一(1/4)英寸)。盖子68通过传统方式以可拆卸方式固定到罐子的主体61上。把手68a设有孔眼状部分68b，用以容纳将罐子降低到容器内部、升高到容器之外的附属设备。在废物还原操作完成后，将罐子60从容器112中升起，然后清除罐子60内残留的未消化固体残渣。
系统110的使用方法类似于上面讨论的第一实施例，它包括以下步骤提供一个相当耐碱的容器，提供强碱溶剂，提供质量小于或等于预定最大质量的废物量，将废物浸在容器内部的溶剂中，加热溶剂和废物，让废物留在溶剂中直到消化形成具有残留固体废物的水溶液。优选的是，在预定操作温度下，废物留在溶剂中的预定时间长度经计算要基本上能完全溶解预定的最大量废物。优选的是，预定操作温度介于大约95到大约98摄氏度之间。但是，对于给定的溶剂pH或浓度，根据上面讨论的Q10定理，在低温(即90摄氏度，甚至更低)条件下可通过增加周期时间实现水解。废物的消化或降解程度可通过延长预定温度下废物浸在溶剂中的时间、提高溶剂和废物的温度、加入催化剂、或者以上方式的组合来实现。
冷却后，直接通过传统处理方式处理消化后的终产物，这些方式例如污水管或填埋，或者用作土地用途的增肥剂等。如果优选，消化后阶段还包括清洗或冲洗所得的废产物和容器内部。本发明的系统和方法也大大减少了要处理的消化后固体废物的量。
图7A-7D表示本发明的又一个优选实施例，一种用于以化学方式还原质量范围约高达3000磅以上的可水解废料的化学废物还原系统210。系统210包括一个可封闭的反应腔或容器212，它能容纳强碱溶剂溶液和一定体积的废物(例如动物组织或尸体、法定医疗废物等)。优选的是，容器212由双壁容器结构限定。另外还优选的是，容器内部214应涂覆耐碱材料，例如适当的不锈钢或陶瓷材料。更为优选的是，容器212由能够耐受其在水解操作过程中要遇到的pH值、温度和压力的材料构成，例如某些不锈钢组分。容器212优选能够以气密方式封闭，以便在容器内部214为要进行的控制碱解周期提供必要环境，以及避免强碱溶剂和废料散逸到环境中。因此，容器212的盖或覆盖物216优选能够牢固地封闭和密闭，以耐受消化周期的温度和压力，并避免大气(尤其是二氧化碳)一不注意进入容器212内部，更为重要的是，避免容器212内部的内容物散逸或一不注意排到大气中。容器212的这种封闭可通过该行业公知的传统盖夹(未示出)提供，或者通过本领域普通技术人员能得到的任何便利封闭设备提供。
系统210还包括电子控制器217，例如上述传统上的可编程逻辑控制器(PLC)设备。优选的是，系统210还包括重量传感器或感测器218(示意性表示)，它们与容器212以可操作方式耦合，并与电子控制器217电学相连，用以确定容器212内容纳的废物的重量，还为控制器217产生包括该重量数据的输出信号。传感器218一般将没有内容物的容器212的重量预置为零重量。然后将内容物重量数据传给电子控制器217，以便根据该重量输出数据确定要引入容器212内部的水和溶剂的适宜量。在容器212较小(其容量例如能消化大约200到500磅的废料)的情况下，或者任选在较大容器的情况下，对于用于废料数量高达容器212的最大装载量的情况来说，预定量的碱性溶剂(定义为能消化废料装载量的固定增量)是优选的。该情况下，如果超过了容器212的最大容量，就要改变重量数据，否则系统210不能工作。
系统210还包括例如通过管线220a将水源220与容器212可操作地连接起来。通过水与干的碱土氢氧化物、碱氢氧化物或碱金属氧化物混合形成强碱溶液，从而在容器212内形成强碱溶剂。管线220a通过阀224与进水口226和/或注射设备228相连，用以将水引入容器212。
对于前一实施例，优选的是要加热所制备的溶剂溶液，以便更有效、更快速地完成可水解废料的化学还原。因此，系统210优选包括加热器230，它以可操作方式与容器212相连，并与容器212热学连通，或浸在容器212的液体内容物之中。更为优选的是，加热器230是在容器212下方延伸并与后者热学连通、或插入容器212并与容器内容物直接热学连通的燃烧器(例如天然气燃烧器、油燃烧器等)。加热器优选适合产生足量热能，以便能在把水和溶剂引入容器内部214之后，将容器214的内部加热到第一温度水平。可以选择的是，可利用任何传统类型的炉子或加热器230加热容器212，例如前一实施例中描述的蒸汽套和本领域普通技术人员所公知的任何其它加热设备。
优选的是，设置一个与容器内部214热学连通的温度传感器219(例如热电偶等)，这样可根据需要连续监视或查询容器内部214的温度。更为优选的是，加热器230和温度传感器219都与电子控制器217电学相连，这样电子控制器217可根据预定或理想的时间/温度曲线调节加热器230的输出，以维持容器内部214的温度。
系统210还任选包括搅拌设备，用以让溶剂和部分溶解的废物循环、混合。系统210还优选包括通风口240，它优选被布置成能在启动周期时处于打开状态，当容器212内的温度达到预定第一温度时优选被电子控制器217关闭。一流体管线242将通风口240与流体排放管线或管道244连接起来。容器212内的温度通过容器热电偶219计量，而容器212内的压力通过压力传感器(未示出)如PSI传感器测量。
周期过程中，一旦容器内容物在经历前面的消化周期后排出(加热和冷却)，就利用冷却水经进水口228冲洗容器内部，此时出水口248打开。几分钟之后，关闭出水口248，开始为容器212充水。现在可以认为容器212为另一水解周期做好了准备，可装入要还原的废物。一旦容器212中装入了预定量的水(至少足以盖住废物)，就加入预定量的强碱粉末，它们与水结合形成强碱溶剂溶液。可以选择的是，可将浓缩的碱液加到水中产生强碱溶剂溶液。然后用搅拌设备搅拌内容物，例如将强碱溶剂溶液泵送过容器212，将内容物加热到大约98摄氏度达预定时间，以化学方式还原废料。然后让容器212冷却，打开出水口248，把冲洗水引入容器212。关闭出水口，积累冲洗水，并冲洗所有残留固体。然后再次打开出水口248，排出容器212的液体内容物。之后，如果需要或必要，第二次关闭出水口248，再次为容器212充水。然后再次加热容器212，以便将容器内的液体加热到大约95摄氏度(203°F)，于是就开始了增强冲洗/扩散过程。该消化后的加热阶段中采用的时间和温度可以变化。
优选系统还包括可透液体的罐子260，例如篮子，它能在废物还原操作过程中将废料保持在容器内部214，从而让废料完全浸在溶剂溶液中。罐子260优选是篮子，它被塑造成能装到容器212中，它优选由能耐碱的多孔不锈钢构成。其孔眼优选被限定成在不锈钢篮子260上形成了多个6mm(3/8英寸)孔的图形。在废物还原操作完成后，将罐子260从容器212中升起，然后清除罐子260内残留的未消化固体残渣。
系统210的使用方法类似于上面讨论的那些实施例，它包括以下步骤提供一个相当耐碱的容器，提供强碱溶剂，提供质量小于或等于预定最大质量的废物，将废物浸在容器内部的溶剂中，加热溶剂和废物，让废物留在溶剂中直到消化形成具有残留固体废物的水溶液。优选的是，在预定操作温度下，废物留在溶剂中的预定时间长度经计算要基本上完全溶解预定的最大量废物。优选的是，预定操作温度介于大约95到大约98摄氏度之间。废物的消化或降解程度可通过延长废物在预定温度下浸在溶剂中的时间、提高溶剂和废物的温度、加入催化剂、或者这些方式的组合来提高。冷却后，直接通过传统处理方式处理消化后的终产物，这些方式例如污水管或填埋，或者用作土地用途的增肥剂等。如果优选，消化后的阶段还包括清洗或冲洗所得的废产物和容器内部。本发明的系统和方法也大大减少了要处理的消化后固体废物的量。
尽管利用优选实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员可以理解的是，可在不脱离以下权利要求阐明的本发明的范围之内进行改进和变化。这些改进和变化应认为落在所附权利要求的权限和范围之内。
权利要求
1.一种用于通过让不想要材料经历受控的碱解周期来消化或中和这些材料的系统，该系统包括(a)用于容纳不想要材料的设备，所述容纳设备能够形成具有内部的封闭反应容器；(b)用于控制系统的碱解周期的设备；(c)用于将预定量的水引入所述容器内部的设备；(d)用于将预定量的碱性化合物引入所述容器内部、从而形成溶剂溶液的设备；和(e)用于在把水和碱性化合物引入容器内部后、将容器内部加热到第一预定温度水平的设备，维持第一预定温度水平的时间要基本上完全水解掉不想要的材料；其中在步骤d之后，溶剂溶液的pH约在12到14之间。
2.根据权利要求1所述的系统，它还包括(f)用于混合容器的内容物、以便增强碱性化合物和不想要材料之间的相互作用的设备。
3.根据权利要求2所述的系统，它还包括(g)用于为容器内部通风的设备，所述通风设备在周期一启动时处于打开状态，当容器内的温度达到第一预定水平时被所述控制设备关闭；(h)用于在碱解周期结束后通过为容器引入冷却剂来冷却容器内部的设备；(i)用于在所述容器内部产生真空的设备；(j)用于平衡容器内由所述真空设备产生的内部真空的设备，在系统操作过程中，它通过在周期过程中选择性地让环境空气进入容器内部来防止所述容器内出现的真空超过预定水平；(k)启动喷洒冲洗以便冲掉固体残留上的消化溶液的设备。
4.根据权利要求3所述的系统，它还包括(l)用于将内容物排出所述容器内部的设备，所述加热设备适合将容器内部加热到第二预定周期温度维持预定时间，此后所述冷却设备将容器内部的温度降低到第三预定温度，由此容器内的内部压力达到每平方英寸零磅，之后所述水引入设备冲洗容器内部，所述控制设备打开所述通风设备，所述排放设备将容器内部的内容物下排到预定水平，此后所述排放设备关闭，同时水引入设备继续冲洗容器内部，直到内部部分充满，之后用终冲洗液喷洒容器内部，以便通过排放设备冲走容器内部残留的所有化合物。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述冲洗液包括水。
6.根据权利要求3所述的系统，其中所述冷却剂包括水。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述不想要材料还包括动物组织、人体组织、动物尸体材料、人尸首材料、病理学废物、或者医疗器械上的污染物。
8.根据权利要求1所述的系统，其中不想要材料包括防腐剂、有毒污染物、病原体、抗肿瘤剂或微生物试剂。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述防腐剂包括甲醛、戊二醛和酚。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述碱性化合物包括氢氧化钠(NaOH)。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述碱性化合物包括氢氧化钾、氧化钙、氢氧化铵或氢氧化镁。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述不想要材料包括被污染的手术器械。
13.根据权利要求1所述的系统，还包括用于监视容器内部的温度的热电偶设备。
14.根据权利要求1所述的系统，其中所述碱和水引入设备包括回路供应系统，该回路供应系统包括管路设备、用于经该管路设备将供应源的碱性化合物泵送给容器、从而将该化合物通过所述搅拌设备引入容器内部的泵、以及用于监视回路温度的热电偶设备。
15.一种用于消化或中和废物的方法，它包括以下步骤(a)提供强碱溶剂浴；(b)将所述废物浸在所述强碱溶剂浴中；以及(c)将所述强碱溶剂浴和所述被浸的废物加热到至少约90摄氏度的温度，并维持足以基本上消化掉所述废物的时间，由此产生包括可生物降解的材料和固体废物的混合物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述强碱溶剂的pH范围约为12到14。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述强碱溶剂包括水和至少一种碱性氢氧化物的混合物。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述废物包括医疗器械上存在的有机污染物。
19.根据权利要求15所述的方法，其中所述废物包括动物尸体。
20.根据权利要求15所述的方法，在步骤(c)中还包括搅拌、循环或搅动强碱溶剂。
21.一种还原废物的方法，它包括以下步骤(a)装纳预定量的强碱溶剂；(b)将预定量的废料浸在所述预定量的强碱溶剂中；以及(c)将所述预定量的强碱溶剂和所述被浸的废物加热到至少约90摄氏度的温度，并维持足以基本上消化掉所述废料的时间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述废料包括附着在手术器械上的有机污染物，其中所述时间要足以破坏掉所述手术器械上存在的传染性蛋白感染素。
23.一种通过让不想要的可水解材料经历碱解周期来消化或中和这些材料、并产生适合传统卫生处理或土地应用的终产物的方法，所述方法包括以下步骤(a)提供一个与温度控制设备耦合的封闭反应容器；(b)将一定量不想要材料装在所述容器中，所述不想要材料的量不得大于预定的最大量值；(c)控制系统操作，包括考虑不想要材料的量，确定要引入容器内部的水和碱性化合物的适当量；(d)步骤(c)之后，将数量基于不想要材料量的碱性化合物引入所述容器内部；(e)步骤(d)之后，将数量基于不想要材料量的水引入所述容器内部；以及(f)步骤(d)和(e)之后，将容器内部加热到第一温度，维持足以产生可安全处理的终产物的时间；其中所述第一温度至少约为90摄氏度。
24.根据权利要求23所述的方法，它还包括以下步骤(g)在步骤(e)和(f)过程中，启动容器通风口的真空，以便清除废物臭气，同时装填容器；(h)在步骤(e)和(f)过程中，混合容器内容物，以增强碱性化合物与不想要材料之间的相互作用；(i)步骤(g)后，将完成消化周期后的容器内部冷却到预定温度；(j)步骤(i)后，一旦容器达到预定第二温度，就为容器内部通风，让压力达到约一个(1)大气压；(k)步骤(j)过程中，在容器内部产生真空，以去除里面的臭气；(l)步骤(k)过程中，对这样产生的真空进行平衡，以避免所述真空干扰容器的排放；(m)步骤(l)之后，从容器内部排掉容器内容物的液体溶液部分；以及(n)步骤(m)之后，冲洗容器内部，以便去除不想要材料的所有固体残留上剩余的溶液残留。
25.根据权利要求24所述的方法，它还包括以下步骤(o)步骤(n)过程中，在持续冲洗的同时关闭排水管，将容器部分充满，在任何固体废料存在时搅拌冲洗溶液；(p)步骤(o)之后，让冲洗液循环预定时间，以便让冲洗液清除不想要材料的所有固体废物残留上所夹带的消化液；以及(q)步骤(p)后，从容器内部排掉冲洗液。
26.根据权利要求25所述的方法，它还包括在步骤(o)或(p)中加热冲洗液的步骤。
27.根据权利要求25所述的方法，它还包括以下步骤(r)步骤(q)之后，对容器内部进行后续冲洗，以清除不想要材料上的所有固体废物残留；以及(s)步骤(r)过程中，通过传统方式处理所得流出物。
28.根据权利要求27所述的方法，它还包括以下步骤(t)步骤(s)之后，打开容器，排出所述固体废物残留，将其按卫生填埋处理，或用作固体肥料。
29.根据权利要求23所述的方法，其中所述强碱溶剂的pH至少为13。
30.根据权利要求23所述的方法，其中所述强碱溶剂包括水与碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物的混合物。
31.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定量的不想要材料包括上面留有机污染物的金属工具。
32.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定量的不想要材料包括被有机污染了的手术器械。
33.根据权利要求23所述的方法，其中所述预定量的不想要材料包括动物残件。
34.根据权利要求23所述的方法，其中所述碱性化合物和水根据不想要材料的预定最大量值引入。
35.根据权利要求23所述的方法，其中预定最大量值约为5公斤。
36.根据权利要求23所述的方法，其中预定量的不想要材料选自有机磷杀虫剂、神经毒气、硝酸酯、芳族硝基化合物、化疗试剂、烷化剂、抗生素、植物毒素、动物毒素、细菌毒素、非蛋白质性毒素、动物毒液、植物儿茶酚和多酚。
37.一种消化或中和废物的方法，所述废物包括危险性或生物危险性试剂、或含传染性试剂的法定医疗废物，所述传染性试剂包括可水解材料，所述方法包括以下步骤(a)提供强碱溶剂；(b)将所述废物浸在所述强碱溶剂中；以及(c)将所述强碱溶剂和所述被浸的废物加热到至少约90摄氏度的温度，并维持足以消化掉所述可水解的材料的时间，由此产生了无菌溶液，该无菌溶液包括无毒的可生物降解材料，并包括不含所述传染性试剂的无菌固体废物。
38.根据权利要求37所述的方法，其中废物存在于金属器械上，其中无菌溶液没有传染性毒素。
39.一种用于化学还原废物的装置，它包括相当耐碱的容器，该容器具有一定温度；与容器热学连通的加热器；用于搅拌相当耐碱的容器的内容物的搅拌设备；与容器可操作地相连的进水口阀门；与容器可操作地相连的出水口阀门；为了测量相当耐碱的容器的温度而设置的温度传感器；与加热器、磁力搅拌器、进水口阀门、出水口阀门和温度传感器电学连通的电子控制器；其中电子控制器适合将相当耐碱的容器的温度维持在预定值。
40.根据权利要求39的用于化学还原废物的装置，它还包括装在所述相当耐碱的容器内的强碱溶剂浴。
41.根据权利要求40所述的装置，其中相当耐碱的容器和强碱溶剂浴要维持在大约97摄氏度的温度下。
42.根据权利要求40所述的装置，其中相当耐碱的容器和强碱溶剂浴要维持在100摄氏度的最大温度以下。
43.根据权利要求39所述的装置，其中相当耐碱的容器的最大装载容量约5公斤。
44.根据权利要求43所述的装置，它还包括与相当耐碱的容器操作性相连、并与电子控制器电学相连的重量传感器，其中如果相当耐碱的容器的重量超过了预定最大值，电子控制器适合让加热器和磁力搅拌器不工作。
45.根据权利要求39所述的装置，它还包括从耐碱容器内部伸出的通风管道，它可排出有机物的化学还原过程中放出的气体；与容器内操作性相连的冷却剂阀，用以将冷却剂引入容器。
46.根据权利要求39所述的装置，其中加热器是电力的。
47.根据权利要求39所述的装置，其中搅拌设备还包括适合设置在相当耐碱的容器中的相当耐碱的磁力搅拌棒和适合在容器内部产生旋转磁场、以便能让容器内设置的磁力搅拌棒旋转的磁力搅拌器。
48.一种用于化学还原废物的装置，它包括相当耐碱的容器；与容器操作性相连的加热器；容器内形成的流体入口；容器内形成的流体出口；设置在容器中的温度传感器；与加热器、流体入口、流体出口和温度传感器电学相连的电子控制器；以及相当耐碱的篮子，其尺寸适合被装在容器中；其中电子控制器适合将容器内维持在大约97摄氏度的最大操作温度下。
49.根据权利要求48所述的装置，其中容器适合装纳约高达3000磅的废物。
50.根据权利要求48所述的装置，其中容器适合装纳约高达2000磅的废物。
51.根据权利要求48所述的装置，其中容器适合装纳约高达1000磅的废物。
全文摘要
依照本发明，提供了一种用于化学还原废物的系统、方法和装置。该装置包括相当耐碱的容器，其里面设置了与其热学连通的温度传感器；与容器热学连通的加热器；适合设置在容器中的相当耐碱的磁力搅拌棒；适合在容器内产生旋转磁场、以便让容器内设置的磁力搅拌棒旋转的磁力搅拌器。该装置还包括与容器操作性相连的进水口阀门和与容器操作性相连的出水口阀门。一个电子控制器与加热器、磁力搅拌器、进水口阀门、出水口阀门、和温度传感器电学相连，它适合将相当耐碱的容器的温度大致维持在预定值。
文档编号A61L11/00GK1735442SQ200380102386
公开日2006年2月15日 申请日期2003年10月1日 优先权日2002年10月2日
发明者G·I·卡耶, P·B·韦伯, K·A·莫里斯, J·H·威尔逊, R·L·哈恩 申请人:以废物处理方法减少废物量公司