CN106232530A - 废物处理系统 - Google Patents

Abstract

一种废物处理系统，包括：液体分离器，所述液体分离器用于分离固体废物中的水分；混合器，所述混合器连接至所述液体分离器并用以将所述固体废物与氧化剂混合；热交换器，所述热交换器连接至所述混合器用于收集热量，所述热量产生自将所述氧化剂和固体废物混合而导致的放热反应；和消毒器，所述消毒器连接至所述液体分离器用于对从所述固体废物中分离出的水分实施消毒。一种废物处理方法包括：在液体分离器中从固体废物中分离出水；在连接到所述液体分离器的混合器中将来自所述液体分离器的所述固体与氧化剂混合以引起放热反应；在连接至所述混合器的热交换器中收集所述放热反应所产生的热量；在消毒器中对来自所述液体分离器的水实施消毒。

Description

废物处理系统

技术领域

本申请涉及废物管理系统和方法。更具体地，本申请涉及使用氧化剂的废物处理系统和方法。

背景技术

城市发展中的两个重大难题是处理人类和动物废物以及提供充足的饮用水供应。在城市环境中，如商业和住宅楼宇，废物或“废水”的处理是一个特别的难题。废水通常分为两类：灰水和黑水。灰水，或者“污水”，指由水槽、淋浴、浴缸、洗衣机、洗碗机等产生的废水，所述灰水可现场进行回收以用于例如冲厕、园林灌溉和人工湿地。黑水是指厕所排出物，即含有人类排泄物的水。在商业和住宅楼宇中，灰水和黑水通过共用的污水系统一起被排出，以在集中废物处理厂进行处理，并在之后大部分被返回到自然环境中。随着人口和相关废物的产生可能增加，废物管理成了可持续发展的一个最重要的方面。

同时，急需为城市发展提供越来越多的饮用水。许多城市区域很难找到足够的水来满足它们的居民需求。需要有效地节水来保护淡水，以平衡饮用水资源的有限供应和成本的上升。

印度正好提供了一个越来越需要废水管理和饮用水的例子。印度是世界上第二大国家，有超过12亿人口。它是世界上增长最快的经济体之一，在过去的三年中增长超过896％。尽管所述爆炸式的增长，或者在某些情况下正是因为这种爆炸式的增长，很大部分印度人口仍然没能用上安全的水。一方面，发展的压力改变着水在该国的分布。另一方面，获得充足的水已被列为限制发展的首要因素。只有一半的印度城市提供了自来水。对于具有一百万到五百万之间人口的城市，其市政当局每天只有几个小时能提供水。在有水的这几个小时内，管网压力不足使得供水成为难题。

同时，未经处理废水的排放在印度已经导致越来越多的污染和清洁水资源的枯竭。污染最为严重的未处理废水源是城市污水系统和排入河流的工业废弃物。处理废水的设施在印度的任何城市都不充分。目前，所产生的废水中只有约10％进行了处理，而其余的被原样排入水体。

人类和动物的固体排泄物(粪便)由有机物质组成，它至少在理论上可以被焚烧或至少被灭菌，以消除细菌活性和难闻的气味。然而，与新鲜粪便相关联的一个主要问题是他们的含水量很高，这抑制了焚烧并且不幸地为细菌的生长和繁殖提供了良好媒介。此外，水含量高使得粪便又粘又脏。试图由外部热源例如煤气燃烧器来燃烧新鲜粪便通常会导致无机物外层的形成，所述外层会隔离湿润的内部并抑制向其传热以及燃烧。有效地传递热量至粪便内部以及水分从其蒸发是使用热量处理粪便的基本要素。

创新人员过去试图通过将氧化剂(例如，高锰酸钾)与废物混合以在废物内部产生热量，从而绕开所述固体排泄物处理难题。所述创新在美国专利第8096597号被描述为小规模地使用于宠物排泄物收集装置中，该专利在此通过引用整体并入本文。然而，尚未有人开发出用于更大规模环境中的相关或类似的系统或方法。

因此，具有改善的废物处理系统和方法是有益的。理想的是，这些系统和方法可有效地处理灰水和/或黑水，并且还可节水。同样有利的是，所述系统可以就地安装在商业或住宅建筑物内或安装在卡车或其他车辆上的移动结构上。至少一部分所述目标可借由下文所描述的实施例得以实现。

发明内容

本文描述的是用于处理污水(或者“废物”、“废水”)的系统和方法。一些实施例特别适合于就地安装和使用于大型的商业和住宅建筑中，而其他的实施例可安装于卡车上以便移动式使用。所述系统和方法总体上提供了一种现场污水处理工艺，其解决了两个关键问题：废物处理和节约用水。

本文所描述的实施例使用常用的化学品并且具有很低的维护要求。本文所描述的实施例的多种优点包括：它们提供了一个高效的、低成本的用于大型商业和住宅建筑的现场污水处理系统；它们能获取可用灰水用于冲洗厕所；它们能获取热量用于生成家用热水；他们在整体上可节约水和能源。

在一个方面中，一种废物处理系统包括：液体分离器，所述液体分离器用于分离固体废物中的水；混合器，所述混合器连接至所述液体分离器，以将所述固体废物与氧化剂混合；热交换器，所述热交换器连接至所述混合器用于收集热量，所述热量产生自所述氧化剂和固体废物混合而导致的放热反应；和消毒器，所述消毒器连接至所述液体分离器，用于对从所述固体废物中分离出的水实施消毒。部分实施例还可包括存储器，所述存储器连接于建筑污水系统和所述液体分离器之间，以存储来自所述污水系统的废物并在之后将所述废物引入所述液体分离器。

部分实施例可进一步包括：第一管道，所述第一管道将所述存储器与所述液体分离器相连接；第二管道，所述第二管道将所述液体分离器与所述混合器相连接；第三管道，所述第三管道将所述液体分离器与所述消毒器相连接；第四管道，所述第四管道从所述热交换器引出以输送来自所述热交换器的热水；第五管道，所述第五管道从所述消毒器引出。优选地，所述系统可包括连接到所述建筑污水系统的紧急旁路通道，所述紧急旁路通道用于在所述废物处理系统发生故障时将所述废物转移至公共下水道系统。所述系统还可包括泵，所述泵用于将消毒后的水朝所述建筑泵送以用作经消毒灰水。

在各种实施例中，所述混合器可以是任何合适的商业混合器，例如但不限于：高速混合器、螺带式混合器、犁耙式混合器、锥形螺杆混合器、锥形螺带式混合器、双轴桨式混合器、连续混合器。可选的是，部分实施例还可包括连接至所述混合器的热源，所述热源用于在将所述固体废物与氧化剂混合之前或期间提供热量至所述固体废物。

所述氧化剂可以是高锰酸钾或任何其他合适且安全的氧化剂。在一些实施例中，所述系统还包括所述氧化剂的供给装置。所述系统还可包括连接到所述混合器的氧化剂容器，所述氧化剂容器用于存储与所述固体废物混合之前的氧化剂。所述系统还可包括连接至所述热交换器的热量流出通道，所述热量流出通道用于使所述放热反应所产生的热量被应用至家用热水供应装置。

在另一个方面中，一种移动式废水处理系统，所述系统的构造和尺寸适于被布置在机动车辆上，所述系统包括：下水道收集软管，所述下水道收集软管用于将所述废水处理系统连接至下水道系统；下水道泵，所述下水道泵连接至所述下水道收集软管，以将来自所述下水道系统的废物泵入所述废水处理系统；废水存储器，所述废水存储器连接至所述下水道泵并且用于存储所述废水；混合器，所述混合器连接至所述废水存储器以将所述固体废物与氧化剂混合。在一些实施例中，所述系统还包括流出通道，所述流出通道连接至所述混合器，以允许处理后的固体和处理后的液体中的至少一种被导出所述混合器。

优选地，所述系统还可包括液体分离器，所述液体分离器连接在所述存储器和混合器之间以分离出固体废物中的水。这样的实施例还可包括水流出通道，所述水流出通道连接至所述液体分离器，以允许所述水流出所述液体分离器。在一些实施例中，所述系统的尺寸设定和构造成适于安装在卡车后部。在多种实施例中，所述混合器可以是任何合适的商业混合器，比如高速混合器、螺带式混合器、犁耙式混合器、锥形螺杆混合器、锥形螺带式混合器、双轴桨式混合器和连续混合器。所述系统还可包括热交换器，所述热交换器连接至所述混合器以接收和收集热量，所述热量产生自将所述氧化剂与废物混合而发生的放热反应。此外，所述氧化剂可以是高锰酸钾，并且所述系统可包括氧化剂的供给装置，并且所述系统可包括氧化剂容器，所述氧化剂容器连接到所述混合器，以用于存储与所述固体废物混合之前的氧化剂。

在又一个方面中，一种废物处理方法包括：在液体分离器中将固体废物中的水分离出；在连接到所述液体分离器的混合器中将来自所述液体分离器的固体废物与氧化剂混合以引起放热反应；在连接至所述混合器的热交换器中收集所述放热反应所产生的热量；在消毒器中对来自所述液体分离器的水实施消毒；将消毒后的所述水引出所述消毒器。所述方法还包括：在将所述水与固体废物分离之前，在至少一个存储器中接收来自建筑下水道系统的废物，并且将所述废水从所述至少一个存储器引导至所述液体分离器。

在一个实施例中，所述方法还包括将来自所述热交换器的热量应用于连接至到所述热交换器的家用热水源。所述方法还可包括将消毒后的所述水引入供水系统以用作马桶水。在一些实施例中，所述方法还包括将来自所述混合器的处理后固体废物收集至收集器。可选的是，所述方法还包括将来自所述混合器的处理后固体废物用作肥料。

在一些实施例中，所述方法可进一步包括：检测用于执行所述方法的废物处理系统中的问题，并且使来自建筑下水道系统的废物流入公共下水道系统。在一些实施例中，将所述氧化剂与固体废物混合包括将所述固体废物与高锰酸钾混合。在一些实施例中，所述方法经由位于商业的或多单元住宅建筑内部或附近的废物处理系统实施。作为替代方式，所述方法由位于机动车辆上的移动式废物处理系统实施。在所述类型的实施例中，所述方法可进一步包括：在将所述水与固体废物分离之前将所述废水从所述下水道系统泵送入存储器。

上文所描述的以及其他的方面和实施方案将在下文中参照附图更为详细地进行描述。

附图说明

图1是系统/流路图，其示出了根据一个实施例的现场废物处理系统和该系统中的污水流路；和

图2是侧视图，其示出了根据另一个实施例的用于安装并使用于卡车上的移动式废物处理系统。

具体实施方式

本文所描述的废物处理系统和方法的多种实施例可以更高效地处理废物以及使用水和能量。所述系统的一些实施例可以现场布置于商业或住宅建筑物，而另一些实施例可以小到足以安装在平板卡车或其他机动车辆的后部。各个实施例涉及将固体废物与氧化剂混合从而通过放热反应产生热量。在一些实施例中，所述系统收集所产生的热量，并将所述热量作为可用能量，例如用于加热生活热水。在一些实施例中，处理后的固体废物可以用作肥料。在处理过程中从所述固体废物分离出的灰水可被消毒并用于厕所、园林绿化浇灌或其他在环境上安全的用途。各个实施例可以用于任何众多场合和位置，以进行高效和有效的废物处理。

术语“废物”、“废水”和“污水”在本申请中有时互换使用。除非这些术语被具体描述为具有特定的含义，它们应该被解释为是可互换的。

参照图1，在一个实施例中，废物处理系统20可以包括一个或多个存储器3、液体分离器4、混合器5、氧化剂6、热交换器7、热水流出通道8和消毒器10。存储器3可以与建筑下水道系统1通过一根或多根连接管13连接、并与液体分离器4经由一根或多根其它连接管12连接。液体分离器4可以经由一根或多根连接管14与混合器5连接、并通过一根或多根其它连接管16与消毒器10连接。热水流出通道8可以是接入家用热水储存箱或其他形式的家用热水供应装置的一根或多根管道。系统20还可以可选地包括从消毒器10接出的液体流出通道，所述液体流出通道是一根或多根另外的管道18。根据各个实施例，可以提供所述系统20的多个任何所述部件。

废物通过建筑物的下水道系统1流入系统20。从建筑物排入所述下水道系统1的水具有多种来源，如厕所(WC，或“洗手间”)、浴缸(BT，和/或淋浴设备)、洗涤槽SK。其它的来源可以包括例如洗碗机和洗衣机。在一些实施例中，紧急旁路2可以与建筑下水道系统1连接，以在发生问题时允许废物绕过系统20。通常，所述旁路2不是废物处理系统20的一部分，但是在一些实施例中，系统20可包括旁路2或者连通建筑下水道系统1，以在发生问题时发出警报，从而废物可以转移到旁路2。废物在混合器5中被处理后，固态的处理后废物9可被提供用作例如肥料，或者作为剩余废物进行处理。灰水11可以通过泵22被泵出消毒器10，所述泵22可以是系统20的一部分或者独立于系统20。灰水11然后可以返回到建筑物或其他地方，用于比如厕所(WC)中。

混合器5可以是任何合适的商业混合器，例如但不限于高速混合器、螺带式混合器、犁耙式混合器、锥形螺杆混合器、锥形螺带式混合器、双轴桨式混合器和连续混合器。在多个不同的实施例中，氧化剂6可在废水被送入混合器5内之前或之后被加入混合器5。通过将混合器5中的有机废物与足够的氧化剂混合而产生热量，所述氧化剂可以是高锰酸钾或任何其他安全的氧化剂。在一个实施例中，氧化剂6可以被存储在混合器5内或与混合器5连接的腔室或容器(未示出)内并经由一个或多个阀被分配至混合器5。可替代地，氧化剂6可在废物被加入混合器5之前或之后手动地从外部源加入混合器5。在处理之后，经处理的废物9可从混合器5移出，或作为替代方式，所述废物9可通过管道或其它装置从混合器5流入独立的固体废物存储器(未示出)。

除了提供可用灰水和固体处理废物外，系统20还可以通过热交换器7提供热量，所述热量可被用作能量。例如，在一个实施例中，热量可被施用至水中，并通过热水通道8引导至家用热水供应装置。

在使用系统20处理废物的一个方法中，主下水道1流入存储器3(或在一些实施例中的多个存储器)。存储器3(或多个槽)通常被设计成管理其所连接的下水道的峰值流量。废物通过一根或多根管道12从存储器3流入液体分离器4，该液体分离器4将液体从固体废物液体中分离出，从而将所述固体废物的含水量减小至约30％或更少。液体废物通过一根或多根管道16转移到消毒器10。固体物质通过一根或多根管道14转移到混合器5。当氧化剂(如高锰酸钾)6与固体废物混合时，它开始放热反应，导致热量的产生。所述反应通常可很快开始，例如在不到一分钟内或甚至可能快至大约20秒，并可产生大量的热，例如约200°F的温度。所述反应会最终将固体废料转变成干燥的、无臭的灰状物料。所得到的灰可以比如用作肥料。已经对根据所述方法的一个实施例所得到的灰状材料进行了测试，在30天的周期内没有观察到对植物有毒迹象，这说明所述物料对环境是安全的。

如前所述，从所述固体废物中分离出的液体被转移到消毒器10。在消毒后，灰水可使用泵22通过管道18、11进行泵送，以对厕所(WC)供水用于冲洗和/或将灰水用于其他安全的用途。

在一个实施例中，系统20还可包括热源(未示出)。所述热源可以用于例如催化或促进所述放热反应，例如通过在与氧化剂6混合之前或之时加热所述固体废物。所述热源还能够焚烧或消毒废物，例如在所述放热反应完成之后需要进一步焚烧或消毒的情况下。所述热源可以包括，例如，煤气炉、激光加热器、微波加热器、射频加热器、电阻加热器或类似物。传热元件(例如，金属棒或板)可以被提供用于接触或甚至穿刺所述废物，以加速热传递和水蒸发。然而，在许多实施例中，无需除氧化剂6之外的热源，因为将废物与氧化剂6混合足以满足废物处理的需要。

在多个替代实施例中，废物处理系统20可以具有比上文描述更少或更多的部件。例如，上述部件中的任何一种或任何部件组合为多个(例如，多个存储器3、多个液体分离器4等)。在一些实施例中，一个或多个部件可以从系统20中移除。例如，在一个实施例中，存储器(多个存储器)3可以被省略，液体分离器(多个液体分离器)4可以既作为存储器又作为分离器。再比如，泵22可以是一些实施例中的系统20的部件，却不是其他实施例中的系统20的部件。

现参考图2，在另一个实施例中，废物处理系统30可以是移动式的，以能例如实施和使用在卡车36的后部，如图2中所示出的平板拖车36。在该实施例中，废物处理系统30包括下水道收集软管31、下水道泵32、存储器33、混合器35和肥料流出通道38。下水道收集软管31与下水道泵32可被用于将污水直接导出下水道进入存储器33。污水然后可与混合器35中的氧化剂例如高锰酸钾混合，所述混合器可以是螺杆操作混合器或任何其它合适的混合器，例如但不限于上文所列出的实例。一旦废物在混合器35得到处理，所得到的肥料可通过肥料流出通道38转移出系统20。

在替代的实施例中，废物处理系统30可以包括任何众多其它的配置、部件组合、尺寸、形状等，例如但不限于上文针对图1所描述的一个或多个部件或方面。例如，废物处理系统30可包括液体分离器和用于从固体废物中分离水和使水离开系统30的排水通道。另外，废物系统30的尺寸可被设置成适于安装在任何合适的卡车或车辆上。或者，废物处理系统30可安装在下水道位置的地上或地下。

尽管已经根据部分实施方案和实施例对本发明进行了描述，本发明延伸超出所具体描述的实施例而包括其它替代实施例和/或本发明的用途以及其变型和等同方式。因此，本文所公开的发明范围不受上文所描述的具体实施例的限制。

Claims (32)

1.一种废物处理系统，所述系统包括：

液体分离器，所述液体分离器用于将水从固体废物中分离出；

混合器，所述混合器连接至所述液体分离器，用于将所述固体废物与氧化剂混合；

热交换器，所述热交换器连接至所述混合器，用于以收集热量，所述热量产生自将所述氧化剂和固体废物混合而导致的放热反应；和

消毒器，所述消毒器连接至所述液体分离器，用于对从所述固体废物中分离出的水实施消毒。

2.根据权利要求1所述的废物处理系统，还包括存储器，所述存储器连接于建筑污水系统和所述液体分离器之间，以在将废物引入所述液体分离器之前，存储来自所述污水系统的所述废物。

3.根据权利要求2所述的废物处理系统，还包括：

至少一根第一管道，所述第一管道将所述存储器与所述液体分离器相连接；

至少一根第二管道，所述第二管道将所述液体分离器与所述混合器相连接；

至少一根第三管道，所述第三管道将所述液体分离器与所述消毒器相连接；

至少一根第四管道，所述第四管道从所述热交换器引出以输送来自所述热交换器的热水；和

至少一根第五管道，所述第五管道从所述消毒器引出。

4.根据权利要求2所述的废物处理系统，还包括连接至所述建筑污水系统的紧急旁路通道，所述紧急旁路通道用于在所述废物处理系统发生故障时将所述废物转移至公共下水道系统。

5.根据权利要求3所述的废物处理系统，还包括连接至所述至少一根第五管道的泵，所述泵用于将消毒后的水朝所述建筑泵送以用作经消毒灰水。

6.根据权利要求1所述的废物处理系统，其中所述混合器包括选自高速混合器、螺带式混合器、犁耙式混合器、锥形螺杆混合器、锥形螺带式混合器、双轴桨式混合器、连续混合器的商用混合器。

7.根据权利要求1所述的废物处理系统，还包括连接至所述混合器的热源，所述热源用于在将所述固体废物与氧化剂混合之前或期间提供热量至所述固体废物。

8.根据权利要求1所述的废物处理系统，其中所述氧化剂包括高锰酸钾。

9.根据权利要求1所述的废物处理系统，还包括所述氧化剂的供给装置。

10.根据权利要求1所述的废物处理系统，还包括连接到所述混合器的氧化剂容器，所述氧化剂容器用于存储与所述固体废物混合之前的氧化剂。

11.根据权利要求1所述的废物处理系统，还包括连接至所述热交换器的热量流出通道，所述热量流出通道用于使由所述放热反应产生的热量被应用至家用热水供应。

12.一种移动式废水处理系统，其构造和尺寸设定成适于布置在机动车辆上，所述系统包括：

下水道收集软管，所述下水道收集软管用于将所述废水处理系统连接至下水道系统；

下水道泵，所述下水道泵连接至所述下水道收集软管，用于将废物从所述下水道泵送入所述废水处理系统；

废水存储器，所述废水存储器连接至所述下水道泵并用于存储所述废水；和

混合器，所述混合器连接至所述废水存储器，用于将所述固体废物与氧化剂混合。

13.根据权利要求12所述的废水处理系统，还包括流出通道，所述流出通道连接至所述混合器以允许经处理固体和经处理液体中的至少一种被引导出所述混合器。

14.根据权利要求12所述的废水处理系统，还包括液体分离器，所述液体分离器连接于所述存储器和混合器之间以将水从固体废物中分离出。

15.根据权利要求14所述的废水处理系统，还包括排水通道，所述排水通道连接至所述液体分离器以允许所述水流出所述液体分离器。

16.根据权利要求12所述的废水处理系统，其中所述系统的尺寸设定和构造成适于安装在卡车后部。

17.根据权利要求12所述的废水处理系统，其中，所述混合器包括选自高速混合器、螺带式混合器、犁耙式混合器、锥形螺杆混合器、锥形螺带式混合器、双轴桨式混合器和连续混合器的商业混合器。

18.根据权利要求12所述的废水处理系统，还包括热交换器，所述热交换器连接至所述混合器以用于接收和收集产生自所述氧化剂与废物混合而导致的放热反应的热量。

19.根据权利要求12所述的废水处理系统，其中所述氧化剂包括高锰酸钾。

20.根据权利要求12所述的废水处理系统，还包括所述氧化剂的供给装置。

21.根据权利要求12所述的废水处理系统，还包括连接至所述混合器的氧化剂容器，所述氧化剂容器用于存储与所述固体废物混合之前的氧化剂。

22.一种废物处理方法，包括：

在液体分离器中将水从固体废物中分离出；

在连接至所述液体分离器的混合器中将来自所述液体分离器的所述固体废物与氧化剂混合以引起放热反应；

收集来自在与所述混合器联接的热交换器中的放热反应的热量；

在消毒器中对来自所述液体分离器的水进行消毒；和

将经消毒的水引出所述消毒器。

23.根据权利要求22所述的方法，在将所述水从所述固体废物中分离出之前还包括：

在至少一个存储器中接收来自建筑下水道系统的废物；和

将所述废物从所述至少一个存储器引导至所述液体分离器。

24.根据权利要求22所述的方法，还包括：将来自所述热交换器的热量应用至连接所述热交换器的家用热水源。

25.根据权利要求22所述的方法，还包括：将经消毒的水引入供水系统中以用作马桶水。

26.根据权利要求22所述的方法，还包括：将来自所述混合器的处理后的固体废物收集至收集器中。

27.根据权利要求22所述的方法，还包括：将来自所述混合器的处理后的固体废物用作肥料。

28.根据权利要求22所述的方法，还包括：

检测用于执行所述方法的废物处理系统的问题；和

使来自建筑下水道系统的废物流入公共下水道系统。

29.根据权利要求22所述的方法，其中将所述固体废物与所述氧化剂混合包括将所述固体废物与高锰酸钾混合。

30.根据权利要求22所述的方法，其中所述方法经由位于商业建筑或多单元住宅建筑内部或附近的废物处理系统来实施。

31.根据权利要求22所述的方法，其中所述方法经由位于机动车辆上的移动式废物处理系统来实施。

32.根据权利要求31所述的方法，还包括：在将所述水从所述固体废物中分离出之前，将所述废水泵出下水道系统。