CN110520386A - 用于处理混合废弃物的设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理混合废弃物的设备，例如一种用于降解所述混合废弃物中的生物塑料材料的设备。所述设备包括：适于将电磁波发射到所述混合废弃物上的电磁波发射器；适于在将所述电磁波发射到所述混合废弃物上时移动所述混合废弃物，使得移动所述混合废弃物以增加所述混合废弃物在所述电磁波中的暴露的移动诱导装置；以及适于发射热量的热量发射器和适于将水分发射到所述混合废弃物上的水分发射器中的至少一者。本发明还涉及一种处理混合废弃物的方法。

Description

用于处理混合废弃物的设备及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理混合废弃物的设备及其方法，例如，一种用于降解混合废弃物中的生物塑料材料的设备。

背景技术

近年来，生物塑料诸如聚乳酸(PLA)和聚丙交酯脂族共聚物(CPLA)的使用与日俱增。生物塑料已被广泛用于单次使用消耗品，如咖啡包、水瓶、食品包装和一次性餐具。这些生物塑料之所以广受欢迎，是因为它们是可堆肥的，并且与塑料相比可以在短时间内降解，因此不会污染环境。但实际上，如果气候环境不利，生物塑料废弃物在自然环境中可能要花费数十年的时间才能堆肥。

尽管生物塑料已被大量采用，但仍然缺乏适当的废弃物管理方法来管理生物塑料废弃物。大多数生物塑料废弃物的最终归宿都是填埋场，这些生物塑料废弃物在填埋场的降解并没有比塑料废弃物更好。一些生物塑料废弃物被送往标准材料回收设施，目的是从该过程中将其去除，因为生物塑料是塑料回收操作中的污染物。而另一些生物塑料废弃物则被焚烧，这又对其可堆肥性目的造成了问题。

对于可进入商业堆肥场的生物塑料废弃物，堆肥需要很长时间，例如长达6个月，因此会导致生物塑料废弃物随时间堆积，并且需要大面积的土地和过高的资源成本来进行管理。因此，许多商业场拒绝接受生物塑料废弃物并不少见。

目前存在降解生物塑料材料的方法。这类方法主要包括通过微生物、细菌菌株和酶实现的生物手段。单靠生物降解过程可能要花费数月的时间。也存在非生物方法，即使用溶剂解决方案来化学降解生物塑料材料。这种方法虽然有效，但在很大程度上依赖于原料的纯度，而通常情况却不尽人意，因为生物塑料废弃物通常与其他废弃物混合在一起。

因此，有益的是找到解决上述问题的解决方案。

发明内容

根据各种实施方案，本发明涉及一种用于处理混合废弃物的设备。该设备包括：适于将电磁波发射到混合废弃物上的电磁波发射器；适于在将电磁波发射到混合废弃物上时移动混合废弃物，使得移动混合废弃物以增加混合废弃物在电磁波中的暴露的移动诱导装置；以及适于发射热量的热量发射器和适于将水分发射到混合废弃物上的水分发射器中的至少一个。

根据各种实施方案，移动诱导装置可包括适于围绕旋转轴线旋转的可旋转轴，以及从可旋转轴延伸的至少一个搅拌元件，使得搅拌元件可适于搅拌混合废弃物。

根据各种实施方案，搅拌元件可包括从轴沿旋转轴线延伸的螺旋翅片。

根据各种实施方案，可将热量发射器和水分发射器合并为适于将加压加热水分发射到混合废弃物上的加压加热水分发射器。

根据各种实施方案，电磁波发射器可包括紫外线发射器。

根据各种实施方案，电磁波可具有100-280nm的波长。

根据各种实施方案，该设备可适于将电磁波发射到混合废弃物上长达12小时。

根据各种实施方案，该设备可适于发射热量以将混合废弃物维持在60℃到100℃的温度范围内。

根据各种实施方案，该设备可包括具有顶部、与顶部相对的底部以及顶部和底部之间的中部的腔室，使得电磁波发射器可在腔室内设置在腔室的顶部处，并且搅拌装置可在腔室内设置在中部或底部处。

根据各种实施方案，腔室可具有适于反射电磁波的反射内表面。

根据各种实施方案，热量发射器和水分发射器中的至少一种设置在腔室内。

根据各种实施方案，可发射水分以在腔室中维持70％到100％的相对湿度。

根据各种实施方案，该设备还可包括适于切碎混合废弃物的切碎机。

根据各种实施方案，本发明还涉及一种在设备中处理混合废弃物的方法。该方法包括将电磁波发射到混合废弃物上。在将电磁波发射到混合废弃物上时移动混合废弃物，使得移动混合废弃物增加了其在电磁波中的暴露；并且将热量和水分中的至少一种发射到混合废弃物上。

根据各种实施方案，可将热量和水分的发射合并，使得该方法可包括发射加压加热水分。

根据各种实施方案，电磁波可以是紫外线。

根据各种实施方案，电磁波可具有100-280nm的波长。

根据各种实施方案，可将电磁波发射到混合废弃物上长达12小时。

根据各种实施方案，可发射热量以将混合废弃物维持在60℃到100℃的温度范围内。

根据各种实施方案，该设备可包括腔室，使得可发射水分以将腔室维持在70％到100％的相对湿度。

根据各种实施方案，该方法还可包括在发射电磁波和搅拌混合废弃物之前切碎混合废弃物。

本发明包括一种加速混合废弃物降解的方法和设备。具体地，本发明旨在在生物降解过程(堆肥)之前加速混合废弃物中的生物塑料的降解，所述混合废弃物可与其他有机废弃物混合。这将大大加速生物塑料的降解，从而缩短总堆肥时间。本发明考虑了生物塑料废弃物有可能与其他有机废弃物诸如食品废弃物和纸屑混合。该方法包括以下步骤中的至少一个：使生物塑料废弃物混合物经历机械切碎，光降解与移动生物塑料废弃物混合物相结合，热降解和水解。

该设备和该方法适用于处理本质上是有机的任何废弃物，即有机废弃物。应用可包括处理例如来自家和餐馆的食品废弃物和/或农业废弃物例如动物粪肥、园艺废弃物。通常，这类废弃物包括生物塑料材料，例如袋子。因此，使用本发明的设备和方法来加速这种废弃物的降解将是有利的。

附图说明

图1A示出了用于处理混合废弃物的设备的实例的侧面剖视图。

图1B示出了图1A中的设备的实例的正面剖视图。

图2示出了用于处理具有生物塑料材料的混合废弃物的方法的流程图。

图3示出了该设备的实例的侧面剖视图。

图4示出了该设备的实例的示意图。

具体实施方式

图1A示出了用于处理混合废弃物的设备100的实例的侧面剖视图。在以下实例中，所描述的设备100适用于处理含有生物塑料材料、纸质材料等的混合废弃物。如图1A所示，设备100具有：适于将电磁波发射到混合废弃物上的电磁波发射器110；适于在将电磁波发射到混合废弃物上时移动混合废弃物，使得移动混合废弃物以增加混合废弃物在电磁波中的暴露的移动诱导装置120；以及适于发射热量的热量发射器130和适于将水分发射到混合废弃物上的水分发射器140中的至少一中。在发射电磁波时移动混合废弃物增加了混合废弃物在电磁波中的暴露，因此可提高混合废弃物的降解率，从而缩短了混合废弃物的堆肥时间。

设备100可包括具有顶部102T、与顶部102T相对的底部102B以及顶部102T和底部102B之间的中部102C的腔室102。设备100可具有适于将混合废弃物接收到腔室102中的入口104和适于将混合废弃物从腔室102中释放出来的出口106。如图1A所示，入口104可设置在腔室102的顶部102T处。入口104可设置在搅拌装置120正上方。出口106可设置在腔室102的底部102B处，并且可设置在移动诱导装置120下方。电磁波发射器110可在腔室102内设置在腔室102的顶部102T处。移动诱导装置120可在腔室102内设置在腔室102的中部102C或底部102B处。如图1A所示，移动诱导装置120可设置在腔室102的中部102C和底部102B之间。热量发射器130和水分发射器140中的至少一者可设置在腔室102内，并且可设置在大约腔室102的顶部102T或中部102C处。热量发射器130和水分发射器140都可安装到腔室102的一侧102X上。或者，热量发射器130可安装到腔室102的一侧102X上，而水分发射器140可安装到腔室102的与热量发射器130相对的另一侧102Y上。热量发射器130和/或水分发射器可设置在与移动诱导装置120大约相同的高度处，因此当移动诱导装置120运行时，热量和/或水分可被引导到移动的混合废弃物上。或者，热量发射器130和/或水分发射器可设置在大约移动诱导装置120的顶部102T处的高度处。还可能的是，热量发射器130和/或水分发射器140被布置成围绕移动诱导装置120，以将热量和/或水分从能够到达混合废弃物上的所有方向引导到混合废弃物上。通过将热量发射器130和水分发射器140布置在腔室102内，可在移动混合废弃物并将其暴露于电磁波的同时发射热量和水分。这样，设备100可以被设计得更紧凑并且可以加快混合废弃物的处理。还可能的是，在已经用电磁波处理混合废弃物后发射热量和水分。

参照图1A，入口104可设置在大约一侧(例如腔室102的侧面102Y，与另一侧(例如侧面102X)相对)处，使得使热量发射器130设置成远离入口104，以避免经由入口104将混合废弃物倒入腔室102中的使用者可能直接暴露于热量中。

图1B示出了设备100的实例的正面剖视图。参照图1B，移动诱导装置120可围绕旋转轴线120A旋转。移动诱导装置120可从腔室102的一端延伸到另一端。移动诱导装置120可以是搅拌装置。如图1B所示，移动诱导装置120可包括适于围绕旋转轴线120A旋转的可旋转轴122，以及从可旋转轴122延伸的至少一个搅拌元件124，使得搅拌元件124可适于搅拌混合废弃物。搅拌元件124可从可旋转轴122朝向腔室102的侧面102X、102Y(图1B中未示出)延伸。搅拌元件124可以是从旋转轴122沿旋转轴线120A延伸的螺旋翅片。螺旋翅片使得能够搅拌混合废弃物并且同时沿平行于旋转轴120A的方向运输混合废弃物，从而增加了混合废弃物在电磁波中的暴露。移动诱导装置120可以是如图1A所示的整体元件。移动诱导装置120可包括设置在腔室102内的两个或更多个元件。例如，移动诱导装置120可包括至少两个可旋转轴，每个可旋转轴具有从其延伸的搅拌元件。移动诱导装置120可以是适于容纳混合废弃物的可旋转滚筒，使得可旋转该滚筒以翻转/颠簸混合废弃物。多个翅片可附接到滚筒的内表面，以在滚筒旋转时搅拌混合废弃物。电磁波发射器可设置在滚筒内，以在滚筒旋转以翻转/颠簸混合废弃物时将电磁波发射到混合废弃物上。移动混合废弃物可包括搅拌、翻转、旋转、颠簸或允许混合废弃物的各个部分移动以暴露于电磁波的任何动作。设备100可包括适于控制混合废弃物从腔室102中释放的出口孔108。

图2示出了用于处理混合废弃物的方法200的流程图。方法200可使用本文所述的任何一个实例中所示的设备。方法200包括在210中将电磁波发射到混合废弃物上，在220中在将电磁波发射到混合废弃物上时移动混合废弃物，并在230中将热量和水分中的至少一者发射到混合废弃物上。移动混合废弃物增加了其在电磁波中的暴露。如前所述，移动混合废弃物可包括搅拌、翻转、旋转、颠簸混合废弃物。

参照图1A，可将混合废弃物倒入设备100的腔室102中。在腔室102中，电磁波发射器110适于被打开以将电磁波发射到混合废弃物上。同时，移动或搅拌混合废弃物，以使尽可能多的混合废弃物暴露于电磁波中。在移动混合废弃物时，将热量和/或水分从热量发射器和/或水分发射器发射到混合废弃物上，以使混合废弃物中发生热降解和水解。在预定时间段之后，可经由腔室102的底部处的出口106从腔室102中提取并排出混合废弃物。设备100可包括用于感测混合废弃物的存在的传感器。

热量发射器130可以是适于将热量发射到混合废弃物上的加热元件，例如加热线圈、热空气鼓风机等。设备100可适于发射热量以将混合废弃物维持在60℃到100℃的温度范围内。可将腔室102加热到60℃，以使混合废弃物发生热降解。可将腔室102加热到最高100℃。在一个实例中，热量发射器130可适于发射热量以将混合废弃物加热到60℃到85℃的范围。

参照图1A和图1B，水分发射器140可以是适于将水蒸气发射到混合废弃物上的喷嘴。喷嘴可连接到加压液体源，例如带有泵的罐，并且在操作时将水分喷入腔室102中。设备100可适于发射水分以将腔室102维持在70％到100％的相对湿度。可将腔室102的相对湿度维持在80％到100％、75％到95％。

图3示出了设备300的实例的侧面剖视图。图1和图3中的实施方案中共有的特征在其附图标记中具有相同的后两位数字。例如，图1中的腔室102和图3中的腔室302具有相同的后两位数字，即02。如图3所示，设备300可包括适于切碎混合废弃物的切碎机350。切碎机350可被布置成在将混合废弃物引导到腔室302中之前切碎混合废弃物。切碎机350可经由入口304连接到腔室302。可先将混合废弃物倒入切碎机350中切碎，然后经由入口304引导到腔室302中。根据混合废弃物的要求和类型，可将混合废弃物切碎成尺寸为最大50mm长。也可将混合废弃物切碎成尺寸为最大40mm、30mm、20mm等。

参照图3，可将热量发射器和水分发射器合并为适于将加压加热水分发射到混合废弃物上的加压加热水分发射器360。代替单独具有加热发射器和水分发射器，设备300可包括加压加热水分发射器360。类似地，加压加热水分发射器360可设置在远离入口304的一侧，例如侧面302X。加压加热水分发射器360可设置在腔室302的顶部302T和中部302C之间。加压加热水分发射器360可连接到加压加热液体源(图3中未示出)，例如带有泵的加热罐，其中可通过加压加热水分发射器360将加热液体例如水例如作为蒸汽泵入腔室302中。例如，加压加热水分发射器360可以是适于将蒸汽发射到腔室302中的蒸汽喷嘴。通过具有加压加热水分发射器360而不是单独具有热量发射器和水分发射器，使得前者所占据的空间小于后者所占据的空间。这样，腔室302可以更小，从而允许设备300被设计得更紧凑。

电磁波发射器310可以是紫外线发射器或发射适用于降解生物塑料的电磁波的任何类型的电磁波发射器。电磁波发射器310是短波紫外线发射器。紫外线能够降解生物塑料。电磁波可包括100-280nm的波长。电磁波可包括以下波长中的一种：10-400nm、100-290nm。电磁波发射器310可布置在移动诱导装置320上方并与之间隔开，使得在处理期间发射器310不会与混合废弃物接触。对于紫外线发射器，例如紫外线灯，保持发射器清洁以使紫外线波无阻碍地传输到混合废弃物将是有益的。电磁波发射器310可沿腔室302的一侧例如侧面302X和/或另一侧例如侧面302Y设置。虽然将电磁波发射器310安装在移动诱导装置320下方不是优选的，但是可以将电磁波发射器安装在移动诱导装置320下方。设备300可被配置为使电磁波发射器310围绕移动诱导装置320，以使电磁波例如紫外线波能够传输到混合废弃物。设备300可适于将电磁波发射到混合废弃物上长达12小时。或者，电磁波发射器310可适于发射电磁波长达6小时、7小时、8小时、9小时、10小时或11小时。腔室302可包括适于反射电磁波的反射内表面。通过具有反射内表面，腔室302使电磁波能够在不止一个方向上被引导到混合废弃物上，从而增加了混合废弃物在电磁波中的暴露。

设备300可包括适于控制设备300的控制器(图3中未示出)。控制器可连接到适于感测腔室302中混合废弃物的存在的传感器，并且可连接到设备300中以下部件中的至少一者：例如电磁波发射器310、移动诱导装置320、热量发射器(如图1所示)、水分发射器(如图1所示)、出口孔(图3中未示出)和切碎机350。设备300还可包括用于分别检测腔室302中的温度和湿度的温度传感器(图3中未示出)和湿度传感器(图3中未示出)。控制器可被编程为感测腔室302中混合废弃物的输入并开始以下操作中的至少一者：发射电磁波、移动混合废弃物、检测温度并加热混合废弃物、润湿混合废弃物并将混合废弃物从腔室302中释放出来。例如，控制器可适于使设备300能够同时发射电磁波、移动混合废弃物、发射热量和/或水分。设备300还可被配置为在使混合废弃物经受电磁波和发生移动之后发射热量和/或水分。技术人员将理解，可以将控制器配置为以许多排列方式来执行这些步骤。在设备300发射加压加热水分的实例中，控制器可适于控制加压加热水分例如蒸汽的发射温度和发射量。

图4示出了设备400的实例的示意图。设备400可包括具有入口404和出口406的腔室402、电磁波发射器410、移动诱导装置420。移动诱导装置420可以是适于颠簸和/或翻转混合废弃物的颠簸/翻转装置。设备400可包括加压加热水分发射器460。如前所述，加压加热水分发射器460可由单独的热量发射器和水分发射器代替。移动诱导装置420可以是适于振动的传送带，使得当沿腔室402的长度运输混合废弃物时，可以将传送带上的混合废弃物在传送带上四处颠簸。当将混合废弃物倒入腔室402中时，混合废弃物被振动的传送带颠簸并翻转，同时，电磁波发射器410将电磁波发射到混合废弃物上。在经受振动的同时，混合废弃物可能会散开并分成较小的部分，从而增加了其在电磁波中的暴露。这样，将改善混合废弃物在电磁波中的暴露。混合废弃物可在腔室402的出口406处从腔室402排出。

如以上所有实例所示，设备100可被设计得很紧凑，因此适用于具有空间限制的地方，例如家、餐馆。另外，通过在与电磁波发射器和搅拌装置相同的腔室内布置热量发射器和水分发射器，可以缩短处理混合废弃物所花费的时间。此外，通过在将混合废弃物暴露于电磁波的同时搅拌混合废弃物，可以使混合废弃物内的生物塑料材料在那之后更快地降解。设备可使混合废弃物的食品降解或嗜热消化能够在24小时内完成。因此，本发明的设备提供了一种允许快速处理混合废弃物的设计紧凑的设备。

技术人员将理解，在一个实例中描述的特征可能不限于该实例，而是可与其他实例中的任何一个组合。例如，如图3所示的切碎机350可结合到图4中的设备400中。

Claims (21)

1.一种用于处理混合废弃物的设备，所述设备包括：

适于将电磁波发射到所述混合废弃物上的电磁波发射器；

适于在将所述电磁波发射到所述混合废弃物上时移动所述混合废弃物的移动诱导装置，其中移动所述混合废弃物以增加所述混合废弃物在所述电磁波中的暴露；以及

适于发射热量的热量发射器和适于将水分发射到所述混合废弃物上的水分发射器中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述移动诱导装置包括适于围绕旋转轴线旋转的可旋转轴，以及从所述可旋转轴延伸的至少一个搅拌元件，其中所述搅拌元件适于搅拌所述混合废弃物。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述搅拌元件包括从所述轴沿所述旋转轴线延伸的螺旋翅片。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中将所述热量发射器和所述水分发射器合并为适于将加压加热水分发射到所述混合废弃物上的加压加热水分发射器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述电磁波发射器包括紫外线发射器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述电磁波具有100-280nm的波长。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述设备适于将所述电磁波发射到所述混合废弃物上长达12小时。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其中所述设备适于发射热量以将所述混合废弃物维持在60℃到100℃的温度范围内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中所述设备包括具有顶部、与所述顶部相对的底部以及所述顶部和所述底部之间的中部的腔室，其中所述电磁波发射器在所述腔室内设置在所述腔室的所述顶部处，并且所述搅拌装置在所述腔室内设置在所述中部或所述底部处。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述腔室具有适于反射所述电磁波的反射内表面。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其中所述热量发射器和所述水分发射器中的所述至少一种设置在所述腔室内。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的设备，其中发射水分以在所述腔室中维持70％到100％的相对湿度。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，还包括适于切碎所述混合废弃物的切碎机。

14.一种在设备中处理混合废弃物的方法，所述方法包括：

将电磁波发射到所述混合废弃物上；

在将所述电磁波发射到所述混合废弃物上时移动所述混合废弃物，其中移动所述混合废弃物增加了其在所述电磁波中的暴露；以及

将热量和水分中的至少一个发射到所述混合废弃物上。

15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述热量和所述水分的所述发射合并，其中所述方法包括发射加压加热水分。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述电磁波是紫外线。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中所述电磁波具有100-280nm的波长。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中将所述电磁波发射到所述混合废弃物上长达12小时。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中发射热量以将所述混合废弃物维持在60℃到100℃的温度范围内。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的方法，其中所述设备包括腔室，其中发射水分以将所述腔室维持在70％到100％的相对湿度。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在发射所述电磁波并移动所述混合废弃物之前切碎所述混合废弃物。