專利名稱：介導式生物廢物材料電化學氧化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于介導式電化學氧化(MEO)分解生物廢物的方法和設(shè)備，其中所述生物廢物包括醫(yī)用廢物、傳染性廢物、病原性廢物、動物廢物、衛(wèi)生廢物、尸體廢物、軍用船只廢物(潛水艇或水面船只)、商用船只廢物(巡游船、油輪、貨船、漁船、娛樂艇和游艇)、獸醫(yī)廢物、醫(yī)藥廢物以及組合廢物(例如前述幾種廢物相互之間任意混合或與其它非生物廢物的混合物)，但不局限于此，下文統(tǒng)稱其為生物廢物。將下列文獻附加到所述定義中，從而進一步澄清生物廢物的范圍和定義，即如下法令和法規(guī)所涉及的任何廢物，但不局限于此*新澤西州法令，“綜合控制醫(yī)用廢物管理法案(ComprehensiveRegulatory Medical Waste Management Act”，P.L.1989，c34(C.13.1E-48.13)*紐約州環(huán)境保護法第十五條(New York State EnvironmentalConservation Law，TITLE 15)，“規(guī)定醫(yī)用廢物的貯存、處理、處置和運輸”(“STORAGE，TREATMENT，DISPOSAL AND TRANSPORTATIONOF REGULATED MEDICAL WASTE”)，第27-1501節(jié)，定義(Section27-1501.Definitions)。
*紐約州公共衛(wèi)生法第XIII條(New York State Public HealthLaw，TITLE XIII)，“規(guī)定醫(yī)用廢物的貯存、處理和處置”(“STORAGE，TREATMENT AND DISPOSAL OF REGULATED MEDICAL WASTE”)第1389-aa.節(jié)，定義(Section 1389-aa.Definitions)。
*加利福尼亞州衛(wèi)生與安全規(guī)范，第117635節(jié)(CALIFORNIAHEALTH AND SAFETY CODE，SECTION 117635.)，“生物有害廢物”，第25款，公共醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)，第I部分(“Biohazardous Waste”Title 25 Health Service，Part I.)。
*德克薩斯州衛(wèi)生部，德克薩斯州衛(wèi)生委員會第一章(TexasDepartment of Health，Chapter 1 Texas Board of Health)，“與衛(wèi)生有關(guān)的公用設(shè)施的具體廢物的定義、處理和處置”(Definition，Treatment，and Disposition of Special Waste from HealthCare-Related Facilities”)，第1.132節(jié)，定義(Section 1.132Definitions.)。
*40 C.F.R.60.51(c)環(huán)境保護(PROTECTION OF ENVIRONMENT)；新固定源的性能標準(Standards of performance for new stationarysources)。
*40 C.F.R.240.101環(huán)境保護(PROTECTION OF ENVIRONMENT)；固體廢物熱處理指南(僅第P節(jié))(Guidelines for the thermalprocessing of solid wastes(Section P only))。
*49 C.F.R.173.134運輸(TRANSPORTATION)；第6類，第6.2節(jié)-定義，例外和包裝組分配(Class 6，Division 6.2-Definitions，Exceptions and packing group assignments.)。
*33 C.F.R.151.05第33？？款(TITLE33？？)航海和適于航海的水域；運油船、有害的液體物質(zhì)、垃圾、城市或工業(yè)廢物及壓艙水；定義(僅醫(yī)用廢物部分)(NAVIGATION AND NAVIGABLE WATERS；VESSELSCARRYING OIL，NOXIOUS LIQUID SUBSTANCES，GARBAGE，MUNICIPAL ORCOMMERCIAL WASTE，AND BALLAST WATER？；Definitions(medical wasteonly)。
對今天的科技領(lǐng)域來說生物廢物是一個相對較新的課題。這些廢物的定義已經(jīng)擴展到覆蓋那些必須按控制方式處理的廢物。前面所列的各州的法令和美國聯(lián)邦法規(guī)是重疊的，由于沒有哪個法令或法規(guī)單獨覆蓋了本發(fā)明應(yīng)用的所有材料，因此必須準確定義這些材料。
背景技術(shù)：
在美國處置生物廢物的花費是每年幾十億美元的工業(yè)。所需要設(shè)備的基建投資為幾億美元。產(chǎn)生和處置這類廢物的所有機構(gòu)和商家必須提供安全有效且費用低廉的廢物處理。近些年來，對生物廢物處理的關(guān)注日益增強。處理這類廢物的兩種基本方法為焚燒和垃圾填埋。因此仍需要改進的生物廢物處理方法。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用于廢物如生物材料的介導式電化學氧化(MEO)的方法和設(shè)備，本發(fā)明特別應(yīng)用于生物廢物，但不局限于生物廢物，其中所述生物廢物包括醫(yī)用廢物、傳染性廢物、病原性廢物、動物廢物、衛(wèi)生廢物、尸體廢物、軍用船只廢物(潛水艇和水面船只)、商用船只廢物(巡游船、油輪、貨船、漁船、娛樂艇和游艇)、獸醫(yī)廢物、醫(yī)藥廢物以及組合廢物(例如前述幾種廢物相互之間任意混合或與其它非生物廢物的混合物)，下文統(tǒng)稱為生物廢物。
介導式電化學氧化方法包括含有一種或多種氧化還原偶的電解液，其中至少一種氧化還原偶的氧化形式在電化學電池的陽極由陽極氧化產(chǎn)生。所存在的任何其它氧化還原偶的氧化形式通過類似的陽極氧化產(chǎn)生，或者通過與所存在的能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的氧化還原反應(yīng)的其它氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而產(chǎn)生。所述氧化還原偶的氧化形式氧化生物廢物分子，而其自身被轉(zhuǎn)化成為其還原形式，然后通過上述任一機理將它們重新氧化，從而繼續(xù)氧化還原循環(huán)直到所有的可氧化廢物形式，包括中間反應(yīng)產(chǎn)物，均已經(jīng)達到所希望的氧化程度。因此氧化還原類離子被看成是從廢物分子向陽極輸送電子(即廢物氧化)的“媒介物”。
電化學電池中的膜(例如微孔塑料、燒結(jié)玻璃料、多孔陶瓷等)將陽極電解液和陰極電解液分離，因而阻止在陰極的氧化物質(zhì)的寄生性還原。優(yōu)選的MEO方法應(yīng)用表I所述的媒介物質(zhì)(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)；由Mo、W、V、Nb和Ta及其混合物所形成的第I類同多陰離子(IPA)；通過將表II所列的任何元素(雜原子)單獨或者組合引入到上述同多陰離子中而形成的第I類雜多陰離子(HPA)；含有表I和表II中所含的至少一種雜多原子(即元素)的任何雜多陰離子；或任何或所有這些類媒介物質(zhì)的組合。
簡單陰離子氧化還原偶媒介物表I給出了在優(yōu)選的MEO方法中應(yīng)用的簡單陰離子氧化還原偶媒介物，其中“物質(zhì)”定義了可以用于MEO方法的每種化學元素的具體離子，其中每種化學元素可以以媒介物特征元素(例如Fe)的還原形式(例如Fe+3)或氧化形式(例如FeO4-2)應(yīng)用，并且“具體氧化還原偶”定義了MEO方法所要求的這些物質(zhì)的還原和氧化形式之間的具體關(guān)聯(lián)(例如Fe+2/FeO4-2)。在陽極電解液中可溶的物質(zhì)在表I中以正常字體表示，而那些不溶性物質(zhì)以斜體字表示。本專利中所要求的MEO方法的特征將在下文具體給出。
陽極電解液含有一種或多種氧化還原偶，該氧化還原偶為其氧化形式，由單個多價元素的陰離子(例如Ag+2、Ce+4、Co+3、Pb+4等)、多價元素的不溶性氧化物(例如PbO2、CeO2、PrO2等)、或多價元素的簡單含氧陰離子(例如FeO4-2、NiO4-2、BiO3-等)組成，這些物質(zhì)被稱為媒介物質(zhì)。媒介物的非氧多價元素組分被稱為媒介物質(zhì)的特征元素。我們已經(jīng)選擇將簡單的含氧陰離子歸組于簡單陰離子氧化還原偶媒介物，而不是歸組于下一節(jié)中將討論的復雜(即多氧金屬酸鹽(polyoxometallate)(POM))陰離子氧化還原偶媒介物，并且將它們統(tǒng)稱為簡單陰離子氧化還原偶媒介物。
在本方法的一種實施方案中，氧化還原偶的氧化形式和還原形式在陽極電解液中都是可溶的。所述偶的還原形式在電池陽極處被陽極氧化成為其氧化形式，然后所述氧化形式氧化溶于陽極電解液中或位于被陽極電解液潤濕的廢物顆粒表面上的廢物分子，并伴隨著將氧化劑還原成其還原形式，然后隨著在電池的陽極對該物質(zhì)重新氧化而使MEO方法重新開始。如果存在這一類型的其它不太強的氧化還原偶(即可溶于陽極電解液中的還原形式和氧化形式)，它們也可能進行直接的陽極氧化，或者陽極氧化的更強的氧化劑可以氧化它們而不是氧化廢物分子。選擇較弱的氧化還原偶從而使它們的氧化電位足以實現(xiàn)所希望的與廢物分子的反應(yīng)。所有氧化還原偶的氧化形式均氧化生物廢物分子，而它們自身轉(zhuǎn)化成它們的還原形式，然后它們按上述任一機理被重新氧化，從而繼續(xù)氧化還原循環(huán)直到所有的可氧化廢物，包括中間反應(yīng)產(chǎn)物，均達到所希望的氧化程度。
如前一節(jié)中所描述的MEO方法的優(yōu)選模式是針對其氧化形式和還原形式在陽極電解液中均是可溶的氧化還原偶物質(zhì)；但這并不是這里所要求的操作的唯一模式。如果氧化還原偶的還原形式在陽極電解液中是可溶的(例如Pb+2)，但其氧化形式不可溶(例如PbO2)，則如下方法是可行的。不溶性氧化劑在陽極上通過陽極氧化作為表面層產(chǎn)生，或者在整個陽極電解液的主體中通過與所存在的能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的氧化還原反應(yīng)的其它氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而產(chǎn)生，并且其中所述其它氧化還原偶至少一種通過陽極氧化形成?？裳趸膹U物溶于陽極電解液中，或者以細小粒度分散于陽極電解液中(例如乳液、膠體等)，從而實現(xiàn)與不溶性氧化劑(例如PbO2)顆粒表面密切接觸。在廢物與氧化試顆粒反應(yīng)后，廢物被氧化，而在與廢物反應(yīng)的位于氧化劑顆粒被陽極電解液潤濕的表面上不溶性氧化劑分子被還原成其可溶性形式，并返回至主體陽極電解液中，并可通過被重新氧化而繼續(xù)進行MEO過程。
在MEO方法的另一種形式中，如果氧化還原偶的還原形式在陽極電解液中是不可溶的(例如TiO2)，但其氧化形式是可溶的(例如TiO2+2)，則如下方法是可行的。氧化還原偶的可溶形式(即氧化形式)通過在氧化劑顆粒的陽極電解液潤濕表面上不溶性(即還原形式)的氧化還原偶分子與所存在的能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的氧化還原反應(yīng)的其它氧化還原偶的可溶性氧化形式反應(yīng)而產(chǎn)生，其中所述其它氧化還原偶至少一種通過陽極氧化形成，并且其還原形式和氧化形式在陽極電解液中都是可溶的。如此形成的可溶性氧化物質(zhì)被釋放入陽極電解液中，然后它們按前述方式氧化廢物分子，而它們自身則轉(zhuǎn)化成氧化還原偶的不可溶形式，然后返回到氧化還原MEO循環(huán)的起點。
在該要求中所應(yīng)用的電解液來自于酸、堿和中性鹽水溶液(例如硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉水溶液等)。
給定的氧化還原偶或氧化還原偶混合物(即媒介物質(zhì))將與不同的電解液一起應(yīng)用。
基于已經(jīng)證實的化合物的足夠溶解度來選擇電解質(zhì)組合物，其中所述化合物含有至少一種以還原形式存在的媒介物質(zhì)(例如硫酸將與硫酸鐵一起應(yīng)用等)。
在陽極電解液中含媒介物質(zhì)的化合物的濃度為0.0005摩爾(M)至飽和點。
在陽極電解液中電解質(zhì)的濃度將由其對含媒介物質(zhì)的化合物的溶解度的影響控制，并且對于所應(yīng)用的給定媒介物質(zhì)來說，該濃度由電化學電池中所希望的陽極電解溶液的電導率控制。在陰極電解液中電解質(zhì)的濃度將由其對電化學電池中所希望的陰極電解溶液的電導率的影響控制。
電化學電池的操作溫度范圍將為約0℃至稍低于電解溶液的沸點。通過應(yīng)用簡單和/或復雜的氧化還原偶媒介物，并用氧化物質(zhì)侵蝕具體有機分子，同時在低溫下操作，從而阻止形成二噁類化合物和呋喃。
MEO方法在大氣壓下操作。
基于媒介物質(zhì)是否能夠與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生自由基(例如O2H(過羥基(perhydroxyl)、OH(羥基)、SO4(硫酸根)、NO3(硝酸根)等)來區(qū)別媒介物質(zhì)。這種媒介物質(zhì)在這里被劃分為“超氧化劑”(SO)，并且通常顯示出至少與Ce+3/Ce+4氧化還原偶相等的氧化電位(即在1摩爾、25℃和pH值為1時為1.7伏)。
電化學電池中電極間的電位以在陽極電解液中存在的、并用作媒介物質(zhì)的最具反應(yīng)性的氧化還原偶的氧化電位及電池內(nèi)的電阻降為基礎(chǔ)。在某些電解質(zhì)組合物的情況下，在直流電壓上施加低水平的交流電壓，從而延遲在電極上形成抑制電池性能的表面膜。在所討論的電流密度范圍內(nèi)，電位將約為2.5到3.0伏。
復雜陰離子氧化還原偶媒介物在MEO方法中氧化物質(zhì)的優(yōu)選特征在于其氧化形式和還原形式在含水陽極電解液中都是可溶的。大部分金屬氧化物或含氧陰離子的鹽都是不可溶的，或者具有很難定義或限定的溶液化學。但過渡元素的前幾個元素能夠自發(fā)地形成一類離散的聚合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)稱為多氧金屬酸鹽(POM)，其在很寬的pH范圍內(nèi)在水溶液中都是極易溶的。這里所討論的簡單四面體含氧陰離子的聚合包括金屬M擴張到配位數(shù)為6，以及MO6八面體結(jié)構(gòu)的邊和角的連接。鉻局限于配位數(shù)為4，限制了基于CrO4四面體的POM為重鉻酸鹽離子[Cr2O7]-2，其包括在表I中。以其化學組成為基礎(chǔ)，POM被分為兩個亞類，即同多陰離子(IPA)和雜多陰離子(HPA)，由如下通式表示同多陰離子(IPA)-[MmOy]p-及雜多陰離子(HPA)-[XxMmOy]q-(m＞x)其中附加原子M通常為鉬(Mo)或鎢(W)，以及不太常用的釩(V)、鈮(Nb)或鉭(Ta)或這些元素以最高(d0)氧化態(tài)存在的混合物。在IPA和HPA中可以用作附加原子的元素似乎局限于那些具有有利的離子半徑和電荷組合、并能形成d-p M-O鍵的元素。但對雜原子X沒有這種限制，其可以為表II所列的任何元素。
有大量的POM化學，其包括表II所列的具有多種氧化狀態(tài)的附加原子和雜原子的氧化/還原反應(yīng)。在有些POM結(jié)構(gòu)(即IPA和HPA)中，附加原子M的部分還原產(chǎn)生具有強烈顏色的物質(zhì)，通常被稱為“雜多藍”。基于結(jié)構(gòu)的不同，POM可以被分為兩組即第I類和第II類。第I類POM含有MO6八面體結(jié)構(gòu)，每個八面體結(jié)構(gòu)具有一個終端氧氧原子，而第II類具有兩個終端氧氧原子。第II類POM可能只包括帶有d0電子結(jié)構(gòu)的附加原子，而第I類，如Keggin(XM12O40)、Dawson(X2M18O62)、六金屬酸鹽(hexametalate)(M6O19)、十鎢酸鹽(decatungstate)(W10O32)等可以包括帶有d0、d1、和d2電子結(jié)構(gòu)的附加原子。因此，雖然第I類結(jié)構(gòu)可能很容易進行可逆的氧化還原反應(yīng)，但由于結(jié)構(gòu)限制排除了第II類結(jié)構(gòu)的這種能力。因此MEO方法可應(yīng)用的氧化物質(zhì)為第I類POM(即IPA和HPA)，其中附加原子M為W、Mo、V、Nb、Ta或其組合。
多陰離子的高負電荷經(jīng)常使雜原子穩(wěn)定在不常見的高氧化態(tài)下，因而產(chǎn)生了除前述第I類POM外的第二類MEO氧化劑。含有表II所列的任何雜原子元素X的任何第I類或第II類HPA也在表I中作為簡單陰離子氧化還原偶媒介物列出，并且其也可以在MEO方法中用作氧化物質(zhì)。
陽極電解液含有一種或多種復雜陰離子氧化還原偶，其中每一種由上述的含有W、Mo、V、Nb、Ta或其組合作為附加原子的第I類POM組成，或者由具有雜原子(X)的HPA組成，其中所述雜原子為表I和II中所含的任何元素，并且這些陰離子氧化還原偶在電解液(例如硫酸等)中是可溶的。
在本要求中所應(yīng)用的電解液來自于酸、堿和中性鹽水溶液(例如硫酸、氫氧化鉀、硫酸鈉水溶液等)。
給定的POM氧化還原偶或POM氧化還原偶的混合物(即媒介物質(zhì))將與不同的電解液一起應(yīng)用。
以至少一種證實具有足夠溶解度的化合物為基礎(chǔ)選擇電解質(zhì)組合物，其中所述化合物含有為還原形式的POM媒介物質(zhì)，并且為具有足夠的氧化電位從而實現(xiàn)所存在的其它媒介物質(zhì)的氧化的氧化還原偶的一部分。
在陽極電解液中含POM媒介物質(zhì)的化合物的濃度為0.0005M至飽和點。
在陽極電解液中電解質(zhì)的濃度將由其對含POM媒介物質(zhì)的化合物的溶解度的影響而控制，并且對于所應(yīng)用的給定POM媒介物質(zhì)來說，該濃度由電化學電池中所希望的陽極電解溶液的電導率控制，從而在所希望的電池電壓下得到所希望的電池電流。
電化學電池的操作溫度范圍將為約0℃至剛好低于電解溶液的沸點。
MEO方法在大氣壓下操作。
基于POM媒介物質(zhì)是否能夠與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生自由基(例如O2H、OH、SO4、NO3等)來區(qū)分POM媒介物質(zhì)。這類媒介物質(zhì)在這里劃分為“超氧化劑”(SO)，并且其通常顯示出至少與Ce+3/Ce+4氧化還原偶相等的氧化電位(即在1摩爾、25℃和pH值為1時為1.7伏)。
電化學電池中電極間的電位以在陽極電解液中存在的、并且作為媒介物質(zhì)的最具反應(yīng)性的POM氧化還原偶的氧化電位及電池內(nèi)的電阻降為基礎(chǔ)。在所討論的電流密度范圍內(nèi)，電位將約為2.5到3.0伏。
混合的簡單和復雜陰離子氧化還原偶媒介物用于組合的簡單和復雜陰離子氧化還原偶媒介物的優(yōu)選MEO方法可以為將它們混合在一起從而形成系統(tǒng)的陽極電解液。所形成的MEO方法的特征與前面所討論的類似。
在MEO方法中應(yīng)用多種氧化劑物質(zhì)具有如下潛在的優(yōu)點如果陽極氧化媒介物“A”、氧化媒介物“B”和氧化后媒介物“B”氧化生物廢物的反應(yīng)動力學足夠快，致使三步反應(yīng)鏈的組合速度快于陽極氧化媒介物“A”或“B”和氧化后媒介物“A”或“B”氧化生物廢物的兩步反應(yīng)鏈，則廢物分解的總體速率將會提高。
如果媒介物“B”的費用充分低于媒介物“A”的費用，則應(yīng)用上述三步反應(yīng)鏈將會由于與需要較小庫存體積和較少的更貴媒介物“A”的過程損失相關(guān)的費用降低而致使廢物分解費用的降低。這種情況的一個例子是應(yīng)用銀(II)-過氧硫酸鹽媒介物系統(tǒng)，從而減少了與銀相關(guān)的費用，并克服了當只有過氧硫酸鹽時MEO方法較慢的氧化動力學。
當應(yīng)用多種媒介物時，MEO方法對在生物廢物中所存在的分子鍵類型的變化不敏感，每一種媒介物選擇性侵蝕不同類型的化學鍵，從而形成高度“非選擇性”的氧化系統(tǒng)。
陽極電解液的附加特征在本發(fā)明的MEO方法的一種優(yōu)選實施方案中，在陽極電解液水溶液中存在有一種或多種簡單陰離子氧化還原偶媒介物。在MEO方法的一種優(yōu)選實施方案中，在陽極電解液水溶液中存在有一種或多種復雜陰離子(即POM)氧化還原偶媒介物。在MEO方法的另一種優(yōu)選實施方案中，在陽極電解液水溶液中存在有一種或多種簡單陰離子氧化還原偶和一種或多種復雜陰離子氧化還原偶。
本發(fā)明的MEO方法應(yīng)用表I所列的任何氧化劑物質(zhì)，這些氧化劑物質(zhì)在要分解的廢物中被原位發(fā)現(xiàn)；例如，當生物廢物還含有鉛化合物時，該化合物在MEO方法的條件下在陽極電解液中變成Pb+2離子源，則廢物-陽極電解液混合物將通過電化學電池循環(huán)。可逆的鉛氧化還原偶的氧化形式將通過在電化學電池內(nèi)的陽極氧化形成，或者另外通過與一種更強的氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)形成，如果更強的氧化還原偶存在于陽極電解液中，則其在電化學電池中被陽極氧化。因此鉛的準確功能是用作簡單陰離子氧化還原偶物質(zhì)，從而分解有機廢物組分而只留下鉛被處理。加入本專利中所描述的一種或多種任意陰離子氧化還原偶媒介物將會進一步強化上述MEO方法。
在本發(fā)明的MEO方法中，根據(jù)具體媒介物的溫度和溶解度，電解質(zhì)水溶液的陽極電解液部分中的陰離子氧化還原偶媒介物將會應(yīng)用酸性、中性或堿性溶液。在基本MEO方法中所應(yīng)用的陰離子氧化劑優(yōu)選侵蝕具體有機分子。羥基自由基優(yōu)先侵蝕含芳環(huán)和不飽和碳-碳鍵的有機分子。氧化產(chǎn)物如極不希望的芳類化合物氯酚或四氯二苯二噁英(二噁類化合物)在形成后將優(yōu)先被羥基自由基所侵蝕，從而阻止這些化合物的任何有意義的量的累積。甚至其氧化電位低于羥基自由基的自由基也優(yōu)先侵蝕碳-鹵素鍵，如那些在四氯化碳和多氯聯(lián)苯(PCB)中的碳-鹵素鍵。
部分氧化還原偶具有至少與Ce+3/Ce+4氧化還原偶相等的氧化電位(即1.7伏)，并且有時需要加熱至約50℃以上(但低于電解液的沸點)，這樣才能引發(fā)二次氧化過程，在所述的二次氧化過程中，媒介物離子以其氧化形式與含水陽極電解液相互作用，產(chǎn)生二次氧化劑自由基(例如O2H、OH、SO4、NO3等)或過氧化氫。在本發(fā)明中這類媒介物質(zhì)在這里被劃分為“超氧化劑”(SO)，從而使其與不能引發(fā)該二次氧化過程的“基本氧化劑”區(qū)分開來。
在本專利中所提到的氧化劑物質(zhì)(即原子序數(shù)低于90的特征元素)在表I中有述(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物作為附加原子而形成的第I類IPA；向上述IPA中單獨或組合引入表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類HPA；或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何HPA；或任何或所有這些類的媒介物質(zhì)。
每種氧化劑陰離子元素具有正常價態(tài)(NVS)(即氧化還原偶的還原形式)和較高價態(tài)(HVS)(即氧化還原偶的氧化形式)，而所述的較高價態(tài)是當其通過電化學電池時通過從NVS物質(zhì)中剝離電子而產(chǎn)生的。本發(fā)明的MEO方法應(yīng)用了很寬范圍內(nèi)的陰離子氧化劑；在基本MEO方法中所應(yīng)用的這些陰離子氧化劑可以在優(yōu)選實施方案中在不改變設(shè)備的情況下交換。
在MEO方法的優(yōu)選實施方案中，通過引入添加劑如碲酸根或高碘酸根離子而調(diào)整基本MEO方法，這些添加劑通過形成更穩(wěn)定的復合物(例如[Cu(IO6)2]-7、[Cu(HTeO6)2]-7)而克服在陽極電解液中部分氧化還原偶(例如Cu+3)的氧化形式的壽命短。當它們?yōu)楹唵侮庪x子氧化還原偶媒介物的氧化形式時(參見表I)，碲酸根和高碘酸根離子也可以直接參加到MEO方法中，并且它們將按照前面針對這類氧化劑所描述的相同方式參加生物廢物氧化。
堿性電解質(zhì)在一種優(yōu)選實施方案中，通過應(yīng)用堿性電解液可以實現(xiàn)基本MEO方法的費用降低，所述堿性電解液如含有媒介物質(zhì)的NaOH或KOH水溶液，但不局限于此，其中所述媒介物氧化還原偶的還原形式在所述電解質(zhì)中具有足夠的溶解度，從而可以使所希望的生物廢物氧化以實用的速率進行。產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)(即媒介物質(zhì)和生物廢物分子的反應(yīng))的氧化電位與電解液的pH值成反比，因此在適當選擇氧化還原偶媒介物的情況下，通過提高電解液的pH值，有可能使實現(xiàn)所希望的氧化過程所要求的電位最小化，從而減少分解單位質(zhì)量生物廢物所消耗的電力。
當應(yīng)用堿性陽極電解液(例如NaOH、KOH等)時，可以由脂肪酸皂化(即堿促進的酯水解)形成脂肪酸的水溶性金屬鹽(即肥皂)和甘油的過程，即類似于通過向熱堿水溶液中引入動物脂肪而生產(chǎn)肥皂的過程獲益。
在本發(fā)明中，當應(yīng)用堿性陽極電解液時，由生物廢物氧化而產(chǎn)生的CO2與陽極電解液反應(yīng)，從而形成堿金屬碳酸氫鹽/碳酸鹽。碳酸氫鹽/碳酸鹽離子在陽極電解液內(nèi)循環(huán)，其中它們被可逆地氧化成為過碳酸鹽離子，這一氧化過程通過在電化學電池內(nèi)的陽極氧化實現(xiàn)，或者另外通過與更強的氧化還原偶媒介物的氧化形式反應(yīng)而實現(xiàn)，前提是更強的氧化還原偶媒介物存在于陽極電解液中。因此碳酸鹽的確切功能是用作簡單陰離子氧化還原偶媒介物，從而由廢物氧化產(chǎn)物產(chǎn)生能夠分解更多生物廢物的氧化物質(zhì)。
附加的MEO電解液特征在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方案中，陰極電解液和陽極電解液是被膜分離的離散實體，因此并不限制它們具有任何相同的特性，如電解液濃度、組成或pH值(即酸性、堿性或中性)。本方法在約0℃至稍低于生物廢物分解過程中所應(yīng)用電解液沸點的溫度范圍內(nèi)操作。
被紫外線/超聲波能強化的MEO方法已經(jīng)公知的是紫外線(UV)輻射可以促進過氧化氫分解成羥基自由基。因此應(yīng)用本發(fā)明的MEO方法所達到的生物廢物的分解速率將會由于反應(yīng)室陽極電解液受UV輻射而提高，從而促進形成更多的羥基自由基。在一種優(yōu)選實施方案中，利用在陽極電解液室內(nèi)部或與之相鄰的UV源而向陽極電解液室中引入UV輻射。所述UV輻射將過氧化氫分解成為羥基自由基，而所述過氧化氫通過媒介物氧化還原偶的氧化形式產(chǎn)生的二次氧化劑產(chǎn)生。其結(jié)果是提高了MEO過程效率，這是因為在過氧化氫生成過程中所消耗的能量通過在陽極電解液室中氧化生物材料而得到回收。
另外，在一種優(yōu)選實施方案中，可以將超聲波能用于陽極電解液室中，從而使細胞膜破裂，并使生物材料在陽極電解液內(nèi)分散。超聲波能在細胞壁內(nèi)被吸收，并使緊臨細胞壁的局部溫度升高至幾千度以上，致使細胞壁破裂。這明顯提高了MEO氧化劑物質(zhì)的氧化效率以及MEO方法的總效率。在另一種實施方案中，向陽極電解液室中引入超聲波能。由快速振蕩的壓力波所形成的微觀氣泡內(nèi)爆產(chǎn)生沖擊波，其中所述壓力波由音頻嗽叭發(fā)出，而所述沖擊波能夠在陽極電解液內(nèi)產(chǎn)生壽命極短的局部條件4800℃和1000大氣壓。在這種條件下水分子分解成為氫原子和羥基。在冷卻這種局部的熱峰后，羥基將與生物廢物發(fā)生上述反應(yīng)，或者相互之間組合形成其它過氧化氫，然后這種過氧化氫自身將氧化更多的生物廢物。
在另一種優(yōu)選實施方案中，通過使陽極電解液中存在的各二次相實體(即生物廢物)的尺寸減小，從而加大被陽極電解液潤濕的總的廢物表面積、以及單位時間內(nèi)氧化的廢物的量，進而提高不溶于陽極電解液的生物廢物的分解速率。通過加入合適的表面活性劑或乳化劑可以在含水陽極電解液內(nèi)以極細小的粒度分散不可混溶的液體。劇烈的機械攪拌也可用于實現(xiàn)所希望的在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積尺寸的減小，所述劇烈機械攪拌如用膠體磨或由上述超聲波能誘導的微觀氣泡內(nèi)爆所實現(xiàn)的微觀混合。大部分基于棉織物的廢物將由半剛性固體轉(zhuǎn)化成液相，從而可以應(yīng)用上述多種細胞分解方法進行處理。這些方法的例子為應(yīng)用各種轉(zhuǎn)子-定子高速攪拌器和超聲波設(shè)備(即近距離聲波定位器)進行的機械剪切，其中上述內(nèi)爆產(chǎn)生的沖擊波及增強至4800℃的溫度峰撕碎細胞壁。在整個陽極電解液中分配細胞原生質(zhì)立即使實際廢物質(zhì)量和體積均減少，這是因為約67％的原生質(zhì)是普通的水，其不需要進一步處理而簡單地變?yōu)楹枠O電解液的一部分。如果直接由生物廢物所釋放和/或作為含氫廢物氧化的反應(yīng)產(chǎn)物而形成的水量使陽極電解液稀釋到不可接受的水平，則通過在任選的蒸發(fā)室中簡單地升溫和/或降壓即可脫除所要求的水量，從而可以很容易地重新形成陽極電解液。原生質(zhì)的可溶性組分迅速以分子規(guī)模分散在整個陽極電解液中，而不可溶組分則應(yīng)用前述任一分散方法以極細小的二次相分散在整個陽極電解液中，從而明顯增加廢物與陽極電解液的界面接觸面積至完整細胞結(jié)構(gòu)所能達到的值以上，并因此增加了生物廢物的分解速率和MEO的效率。
利用自由基增強的MEO方法在本發(fā)明中應(yīng)用的氧化方法的原理是其中自由基(如O2H、OH、SO4、NO3)分裂并氧化有機化合物從而持續(xù)形成更短的鏈狀烴化合物。在隨后的反應(yīng)過程中，所形成的中間化合物很容易被氧化成二氧化碳和水。
在本發(fā)明的各種MEO方法中在水溶液中將產(chǎn)生無機自由基。所述自由基來自于碳酸鹽、重氮化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、亞磷酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、亞硒酸鹽、硫氰酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物和甲酸鹽離子。應(yīng)用基本的MEO方法將產(chǎn)生有機自由基如硫氫基。當在本發(fā)明中將MEO方法應(yīng)用于生物材料時，它們將生物廢物材料分解成有機化合物，并且用簡單和/或復雜陰離子氧化還原偶媒介物或無機自由基侵蝕有機化合物而產(chǎn)生有機自由基。所述無機自由基產(chǎn)生有機自由基，而有機自由基將有利于氧化過程并提高MEO過程效率。
用于刀片的MEO方法用于本發(fā)明的MEO方法的一種優(yōu)選實施方案產(chǎn)生過溴酸鹽離子，其作為氧化媒介物質(zhì)將用于分解不銹鋼產(chǎn)品例如刀片，該不銹鋼產(chǎn)品包括注射器針頭、解剖刀和縫合針，但不局限于此。
概述本發(fā)明的這些和進一步的以及其它目的和特征在本說明書中將會很明顯，其包括上述及下面的說明書、權(quán)利要求和附圖。
附圖的簡要描述

圖1的MEO設(shè)備圖示意性地表示了分解生物廢物材料的系統(tǒng)。圖1是本發(fā)明總體實施方案的一個代表(應(yīng)該理解的是并不是這里所給出的所有組件在所有情況下都必須應(yīng)用)。
圖2的MEO控制器示意性表示了MEO電和電子系統(tǒng)。圖2是本發(fā)明控制器的總體實施方案的一個代表(應(yīng)該理解的是并不是這里所給出的所有組件在所有情況下都必須應(yīng)用)。
圖3的MEO系統(tǒng)是一種優(yōu)選實施方案的示意圖。
圖4的MEO操作過程示意性給出了在MEO設(shè)備中所應(yīng)用的方法的概述步驟(應(yīng)該理解的是并不是這里所給出的所有組件在所有情況下都必須應(yīng)用)。
優(yōu)選實施方案的詳細描述MEO化學在本專利中所描述的介導式電化學氧化(MEO)方法的化學應(yīng)用表I所描述的氧化劑物質(zhì)(即原子序數(shù)低于90的特征元素)(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)；由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物作為附加原子而形成的第I類IPA；向上述IPA中單獨或組合引入表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類HPA；或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何HPA；或任何或所有這些類媒介物質(zhì)的組合。由于陽極電解液和陰極電解液是完全分離的實體，對這兩個系統(tǒng)來說不必含有相同電解液。每種電解液可以獨立于另一種電解液，并且由酸、堿或中性鹽的水溶液組成，其中所述酸通常為硝酸、硫酸或磷酸，但不局限于此，所述堿通常為氫氧化鈉或鉀，但不局限于此，所述中性鹽通常為上述強無機酸的鈉或鉀鹽，但不局限于此。
該MEO設(shè)備的獨特之處在于其可以通過用所選擇的媒介物/電解液系統(tǒng)進行簡單的排放、沖洗和重新注入而使之適應(yīng)于多種媒介物離子和電解液的選擇。
針對在描述各種媒介物離子時的冗余和簡化，僅詳細討論了鐵和硝酸的組合。但應(yīng)該理解的是下面討論的在硝酸(HNO3)中的三價鐵/高鐵酸鹽(Fe+3)/(FeO4-2)氧化還原偶反應(yīng)也適用于上述所有氧化劑物質(zhì)以及在本節(jié)開頭時所描述的電解液。另外，下面討論的高鐵酸鹽離子與含水電解液相互作用以產(chǎn)生上述自由基也適用于前述所有具有足夠氧化電位的媒介物，其中所述媒介物的氧化電位足以使之被劃分為超氧化劑，該氧化電位通常至少與Ce+3/Ce+4氧化還原偶的相等(即在1摩爾、25℃和pH為1時為1.7伏)。
圖1示意性給出了用于分解生物廢物的MEO設(shè)備。在電化學電池25的陽極Fe(III)離子(Fe+3，三價鐵離子)被氧化成Fe(VI)離子(FeO4-2，高鐵酸鹽)，
如果陽極電解液的溫度足夠高，通常高于50℃，則Fe(VI)可以在含水的陽極電解液中與水進行氧化還原反應(yīng)。水的氧化通過一系列產(chǎn)生多種中間反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)而進行，這些中間產(chǎn)物中有些相互之間發(fā)生反應(yīng)。這些中間反應(yīng)產(chǎn)物中有些是具有高反應(yīng)性的自由基，包括羥基(OH)和過氧化氫或過羥基(HO2)，但不局限于此。另外，所述介導式氧化劑物質(zhì)的離子可以與酸性或中性鹽電解液中存在的陰離子(例如NO3-、SO4-2或PO4-3等)相互作用而產(chǎn)生自由基，所述自由基通常為NO3，但不局限于此，或者所述陰離子可以在電池陽極進行直接氧化。在反應(yīng)室5中通過陽極電解液的紫外線輻射(參見紫外線源11)而使過氧化氫分子這一中間反應(yīng)產(chǎn)物分裂成為兩個這樣的自由基，從而可以增加羥基自由基的數(shù)量。也可以通過超聲波振動(參見超聲波源9)增加自由基的數(shù)量，而所述超聲波振動由上述內(nèi)爆產(chǎn)生的沖擊波被增強至4800℃的溫度和1000大氣壓的峰誘導形成。
這些二次氧化物質(zhì)能夠氧化有機材料，并因而與Fe(VI)離子配對作用氧化生物材料。
氧化劑與生物廢物反應(yīng)產(chǎn)生CO2和水。這些過程在反應(yīng)室5中的系統(tǒng)的陽極側(cè)的陽極電解液中發(fā)生。還提出了向非鐵基的MEO系統(tǒng)中加入三價鐵離子，因為與單獨的非鐵MEO系統(tǒng)相比，這有可能增加生物廢物氧化的總體速率。(另外，應(yīng)該理解的是有關(guān)三價鐵/高鐵酸鹽氧化還原偶的這一討論也適用于在本節(jié)開頭所描述的所有前述氧化劑物質(zhì))。如果電化學形成FeO4-2離子以及FeO4-2離子將媒介物離子氧化成為其更高價的兩步法比直接電化學氧化媒介物離子本身進行得更快的話，則生物廢物的分解速率會有一個總體的提高。
膜27在電化學電池25中分隔陽極室和陰極室。由于分別在陽極和陰極26和28之間應(yīng)用直流電29而產(chǎn)生的電位，氫離子(H+)或水合氫離子(H3O+)通過膜27。在陰極電解液中，通過H+離子和硝酸之間的反應(yīng)使硝酸還原成亞硝酸
通過位于液體表面以下的空氣噴射器37向陰極電解液中引入氧，從而再生硝酸
整個過程致使生物廢物轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和少量在溶液中或形成沉淀的無機化合物，而該無機化合物通過無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15而被提取。
MEO方法將會持續(xù)進行直到已經(jīng)實現(xiàn)生物廢物的完全分解，或者已經(jīng)調(diào)整使該過程停止在某一點，在該點處生物廢物的分解不完全但a)該生物材料是良性的并且不需要進一步處理，b)該生物材料將會以其已經(jīng)被還原的形式而應(yīng)用，并且因此針對該目的而被回收。
參考圖1，生物廢物可以為液體、固體或固體和液體的混合物。提起鉸鏈蓋1；向反應(yīng)室5中的固體廢物籃筐3的頂部加入生物廢物，其中固體廢物保留下來而廢物的液體部分流入陽極電解液中。所述設(shè)備連續(xù)地使電解液的陽極電解液部分直接從電化學電池25通過反應(yīng)室5循環(huán)，從而使與廢物接觸的氧化劑物質(zhì)的濃度達到最大。在線過濾器6防止足夠大以致堵塞電化學電池25的流路的固體顆粒流出反應(yīng)室5。氧化物質(zhì)與不完全氧化的產(chǎn)物接觸可以通過應(yīng)用常規(guī)的促進氣/液接觸的技術(shù)(例如超聲波振動9、機械混合7等)而強化，其中所述不完全氧化產(chǎn)物在反應(yīng)室5內(nèi)的條件下為氣態(tài)。所有與陽極電解液或陰極電解液接觸的設(shè)備表面均由不銹鋼、玻璃或非反應(yīng)性聚合物(例如PTFE、PTFE襯里的管道等)組成。
陽極電解液循環(huán)系統(tǒng)包括泵19和脫除及處理系統(tǒng)15(例如過濾器、離心分離器、水力旋流器等)，從而脫除任何不溶性無機化合物，而所述無機化合物由于媒介物或電解液離子與鹵素、硫、磷、氮等陰離子或含有這些物質(zhì)的陰離子進行反應(yīng)而形成，從而阻止形成不穩(wěn)定的含氧化合物(例如高氯酸鹽等)，其中所述陰離子可能在廢物流中存在。然后陽極電解液返回至電化學電池25，其中氧化物質(zhì)被再生，完成在陽極電解液系統(tǒng)(A)中的循環(huán)。
可以按連續(xù)或間歇模式向反應(yīng)室中的籃筐3中加入廢物。陽極電解液在操作溫度或更低的溫度下開始，而所述更低的溫度隨后通過熱控制21針對具體廢物流升高至所希望的操作溫度。也可以將廢物加入到設(shè)備中，在陽極電解液中電化學產(chǎn)生的氧化物質(zhì)的濃度被限定在某個預定的值，通過控制由系統(tǒng)直流電源29供給電化學電池25的電流而將該預定值控制在0至針對廢物流所希望的操作濃度的最大值之間。電解液由媒介物質(zhì)及所選擇的適用于所述媒介物質(zhì)的電解質(zhì)的水溶液組成，并且在約0℃至稍低于電解溶液沸點的溫度范圍內(nèi)操作，所述沸點通常低于100℃，該溫度或溫度分布最有利于所希望的廢物分解速率(例如最迅速、最經(jīng)濟等)。所應(yīng)用的酸、堿、或中性鹽電解液將由物質(zhì)存在的條件來確定。
已經(jīng)引起相當多注意的是鹵素，特別是氯，以及它們與銀媒介物離子有害的相互作用，但由于以下兩個原因，這一點對本發(fā)明來說不太關(guān)心或者說不太重要。首先，與引用專利中所描述的鹵化溶劑或抗變形劑相比，在這里所考慮的生物廢物通常含有較小量的這些鹵素元素。另外，在本專利中所要求的媒介物質(zhì)具有很寬范圍的特性(例如氧化電位、化合物的溶解度、費用等)，從而允許選擇單個媒介物或其混合物來避免形成不溶性化合物，很容易地從沉積材料中回收媒介物，或者足夠便宜，從而簡單地作為廢物處置不溶性化合物，同時保持經(jīng)濟氧化(即分解)生物廢物的能力。
如果需要，在周期性維修過程中，將無機化合物的殘余物從處理系統(tǒng)15中沖洗出去。如果允許，應(yīng)用幾種化學或電化學方法中的任何一種而將不溶性無機化合物轉(zhuǎn)化成水溶性化合物。
將利用幾個電化學和物理方法對廢物分解過程進行監(jiān)控。不同的電池電壓(例如斷路、陽極對參比電極、專用離子電極等)提供關(guān)于媒介物氧化離子濃度與還原離子濃度比的信息，而該比值與溶解于陽極電解液中或被陽極電解液潤濕的還原劑(即生物廢物)的量進行關(guān)聯(lián)。如果媒介物質(zhì)在其氧化態(tài)和還原態(tài)之間轉(zhuǎn)換時伴隨著顏色的變化(例如雜多藍等)，則在零電流條件下，與氧化態(tài)相關(guān)的顏色的衰退速率可以用來粗略指示所存在的還原劑(即可氧化的廢物)的量。如果在媒介物中沒有顏色變化，則有可能選擇另一種媒介物來簡單地用作pH指示劑的氧化電位等價物。要求這種指示劑的氧化電位在工作媒介物和生物物質(zhì)的值之間，并且其顏色變化與氧化態(tài)轉(zhuǎn)化相關(guān)。
陽極反應(yīng)室的尾氣將由CO2和CO以及可能的氧組成，其中CO2和CO由生物廢物中含碳物質(zhì)的完全和不完全燃燒(即氧化)產(chǎn)生，氧由陽極水分子氧化產(chǎn)生。標準的麻醉學實踐要求在操作室的條件下實時例行監(jiān)控這三種氣體，同時許多其它與呼吸相關(guān)的醫(yī)學實踐也要求實時監(jiān)控這些氣體。因此存在成熟的工業(yè)來生產(chǎn)小型氣體監(jiān)控器，該監(jiān)控器直接應(yīng)用于連續(xù)定量監(jiān)控陽極電解液尾氣中燃燒產(chǎn)物的存在。雖然通常不必準確并且不需要大量的樣品，但在熔爐和鍋爐服務(wù)工業(yè)中應(yīng)用針對這些相同氣體的監(jiān)控器來分析廢氣。
針對其相關(guān)教導，將US 4,686,019、4,749,519、4,874,485、4,925,643、5,364,508、5,516,972、5,745,835、5,756,874、5,810,995、5,855,763、5,911,868、5,919,350、5,952,542和6,096,283在這里全文作為參考引入。
MEO設(shè)備在圖1的MEO設(shè)備圖中給出的MEO設(shè)備的示意圖描述了用于分解生物廢物的MEO方法。該MEO設(shè)備由兩個獨立的含有電解質(zhì)溶液的閉環(huán)系統(tǒng)組成，所述電解質(zhì)溶液由陽極電解質(zhì)溶液和陰極電解質(zhì)溶液組成。所述陽極電解質(zhì)溶液和陰極電解質(zhì)溶液分別包含在陽極電解液(A)系統(tǒng)和陰極電解液(B)系統(tǒng)中。這兩個系統(tǒng)將在下面的段落中詳細討論。
陽極電解液系統(tǒng)(A)陽極電解液的主體存在于陽極電解液反應(yīng)室5中。升起鉸鏈蓋1并向反應(yīng)室5中的固體廢物籃筐3中放入為液體、固體或液體和固體混合物的生物廢物。當生物廢物僅為液體時，調(diào)整反應(yīng)室5使其具有連續(xù)輸入設(shè)備，從而不必操作鉸鏈蓋1就可以向反應(yīng)室5中泵送液體。電解質(zhì)溶液的陽極電解液部分含有例如Fe+3/FeO4-2的氧化還原偶陰離子和二次氧化物質(zhì)(例如自由基、H2O2等)。陽極電解液的主體存在于陽極電解液反應(yīng)室5中。陽極電解液利用泵19由膜27的陽極26一側(cè)通過電化學電池25，循環(huán)進入反應(yīng)室5。電化學電池25中的膜27分離電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分。過濾器6位于反應(yīng)室5的底部，從而限制固體顆粒的粒度為約1mm的直徑(即小于電化學電池25中陽極電解液流路的最小尺寸)。小型熱控制裝置21和22與流動物流相連，從而加熱或冷卻陽極電解液至選定的溫度范圍。換熱器23降低進入電化學電池的陽極電解液的溫度，而換熱器24在其進入陽極電解液反應(yīng)室5之前升高或降低其溫度。電化學電池25由直流電源29供電，而該直流電源由交流電源30供電。直流電源29為低壓高電流電源，通常在低于10V直流電下操作，但不局限于此范圍。交流電源30對于較小的裝置在典型的110v交流線以下操作，而對較大的裝置為240v交流電。
通過在低溫下進行本方法從而降低熱活化的寄生反應(yīng)消耗氧化劑的速率，可以增加氧化劑物質(zhì)的量，而該氧化劑物質(zhì)由這里所參考的氧化還原偶的氧化形式的電化學生成(即陽極氧化)而產(chǎn)生。如果允許，可以剛好在電化學電池25的上游設(shè)置換熱器23，從而降低電池內(nèi)陽極電解液的溫度至所希望的水平?？梢詣偤迷陉枠O電解液反應(yīng)室入口的上游設(shè)置另一換熱器24，從而控制反應(yīng)室中陽極電解液的溫度在所希望的溫度范圍內(nèi)，該溫度范圍為約0℃至稍低于電解液的沸點，從而在所希望的速率下實現(xiàn)所希望的化學反應(yīng)，其中所述電解液的沸點通常低于100℃。
電解液容器的邊緣由耐受氧化性電解液的材料組成(例如不銹鋼、PTFE、PTFE襯里管、玻璃等)。由系統(tǒng)的陽極電解液系統(tǒng)(A)中所發(fā)生的氧化過程所形成的反應(yīng)產(chǎn)物被排放至冷凝器13中，其中所述反應(yīng)產(chǎn)物在陽極電解液的操作溫度和壓力下為氣態(tài)。更容易冷凝的不完全氧化的產(chǎn)物在冷凝器13中從陽極電解液尾氣物流中分離出來，并返回至陽極電解液反應(yīng)室5中進行進一步氧化。不可冷凝的不完全氧化的產(chǎn)物(例如低分子量的有機物、一氧化碳等)通過氣體清潔系統(tǒng)16而降低到大氣排放可以接受的水平。氣體清潔系統(tǒng)16并不是用于分解大多數(shù)生物廢物的MEO設(shè)備的一個必要組件。
如果在MEO設(shè)備中結(jié)合氣體清潔系統(tǒng)16，則陽極電解液尾氣在尾氣凈化系統(tǒng)16中與流動氣體洗滌系統(tǒng)逆流接觸，其中來自冷凝器13的不凝氣通過氣體清潔系統(tǒng)16的流量分配系統(tǒng)而加入到塔的下部，并且從電化學電池25直接抽出一小股新氧化的陽極電解液的側(cè)線物流加入到塔的上部。這會使當氣相沿塔上升而通過向下流的陽極電解液時其與氧化性媒介物質(zhì)連續(xù)反應(yīng)。在這些條件下，離開塔頂?shù)臍怏w將會具有最低濃度的可氧化物質(zhì)，并且還會與具有最高濃度的氧化劑物質(zhì)的陽極電解液接觸，從而促進所存在的任何空氣污染物降低至大氣排放可以接受的水平。通過許多已經(jīng)成熟的方法(例如填料塔、脈沖流、超聲波混合等)可以促進塔內(nèi)氣-液接觸，而這些方法不會在陽極電解液流動系統(tǒng)內(nèi)導致任何有意義的背壓。獨特的廢物組成也可能導致產(chǎn)生不常見的氣體產(chǎn)物，而這些氣體產(chǎn)物可以通過更傳統(tǒng)的空氣污染技術(shù)更容易地脫除。這些技術(shù)可以作為處理來自逆流塔的氣態(tài)排放物的精制過程而與前述系統(tǒng)串聯(lián)應(yīng)用，或者如果有利的話，替換前述系統(tǒng)。所述氧化方法的主要產(chǎn)物是CO2和水(包括少量CO和無機鹽)，其中CO2由排放口14排出系統(tǒng)。
如果在所處理的生物廢物中存在有超過微量的鹵素或者其它形成沉積物的陰離子，則應(yīng)用一個任選的無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15，從而避免形成不穩(wěn)定含氧化合物(例如高氯酸鹽等)。
MEO方法將會持續(xù)進行直到已經(jīng)實現(xiàn)生物廢物的完全分解，或者已經(jīng)調(diào)整而使該過程停止在某一點，在該點處生物廢物的分解不完全。停止該過程的原因為a)該生物材料是良性的并且不需要進一步處理，b)該生物材料將會以其已經(jīng)被還原的形式而應(yīng)用，并且因此針對該目的而被回收。應(yīng)用有機化合物回收系統(tǒng)17進行該過程。
陰極電解液系統(tǒng)(B)陰極電解液的主體存在于陰極電解液貯池31中。電解液的陰極電解液部分利用泵43由膜27的陰極28一側(cè)通過電化學電池25而循環(huán)。電解液的陰極電解液部分流入陰極電解液貯池31中。小型熱控制裝置45和46與陰極電解液流動物流相連，從而加熱或冷卻陰極電解液至所選的溫度范圍。通過空氣噴射器37向陰極電解液貯池31中引入外部空氣。在空氣中所含的氧將亞硝酸和少量氮氧化物(NOx)分別氧化成硝酸和NO2，其中所述亞硝酸和氮氧化物通過陰極反應(yīng)產(chǎn)生。通過應(yīng)用常規(guī)的利用混合器35促進氣/液接觸的技術(shù)(例如超聲波振動48、機械混合35等)可以強化氧化性氣體與亞硝酸的接觸。應(yīng)用非硝酸陰極電解液的系統(tǒng)也需要空氣噴射來稀釋和脫除尾氣如氫。尾氣清潔系統(tǒng)39用于脫除任何不想要的氣體產(chǎn)物(例如NO2等)。清潔后的氣體物流與引入到系統(tǒng)中的空氣中未反應(yīng)的組分組合后通過大氣排放口47排放。
在陰極電解液一側(cè)設(shè)置任選的陽極電解液回收系統(tǒng)41。部分媒介物氧化劑離子可以通過膜27，并且如果必須通過陽極電解液回收系統(tǒng)41脫除它們從而保持過程效率或電池的可操作性，或者它們的經(jīng)濟價值要求必須對它們進行回收，則可應(yīng)用這一選擇。在高于正常膜27的電流密度(即大于約0.5A/cm2)的條件下操作電化學電池25將會提高廢物分解的速率，但也會導致通過膜進入陰極電解液的媒介物離子輸送量增加。以這種模式操作電化學電池25在經(jīng)濟上可能是有利的。只要媒介物質(zhì)的更換費用或脫除/回收費用低于增加電化學電池25的廢物處理量(即氧化速率)而帶來的成本好處，就是有利的。通過應(yīng)用這種操作選擇可以避免擴大電化學電池25尺寸而帶來的投資的增加。
MEO控制器操作員通過應(yīng)用在圖2MEO控制器中所描述的MEO控制器而運行MEO設(shè)備(圖1)。帶有微處理器的控制器49與監(jiān)視器51和鍵盤53相連。操作員針對在監(jiān)視器51上顯示的信息通過鍵盤53向控制器49輸入命令。控制器49運行程序，而該程序規(guī)定MEO設(shè)備的操作步驟的順序。所述程序具有預先程序化的標準操作的順序，操作員可以遵循該標準操作，也可以選擇他自己的操作順序?？刂破?9在確保安全和可靠操作的限度內(nèi)允許操作員選擇他自己的順序?？刂破?9向MEO設(shè)備中的各組件、泵19和43、混合器7和35、熱控制21、22、45、46、紫外線源11、超聲波源9和48、CO2排放口14、空氣噴射器37和電化學電池25輸送數(shù)字命令，該數(shù)字命令調(diào)節(jié)電能(AC 30和DC 29)?？刂破鹘邮諄碜越M件的組件響應(yīng)和狀態(tài)。控制器向傳感器輸送數(shù)字命令，從而通過傳感器響應(yīng)而獲得傳感器信息。MEO設(shè)備中的傳感器針對各組件的狀態(tài)提供數(shù)字信息。傳感器測量流率59、溫度61、pH 63、CO2排放65、氧化程度67、空氣噴射傳感器69等?？刂破?9接收電化學電池上電位的狀態(tài)信息(伏特計57)，如果是多電池構(gòu)造則為各電池的電位信息，以及陽極和電池25內(nèi)部的參比電極之間的電位信息，以及每個電池內(nèi)流過電極間的電流(安培計55)。
系統(tǒng)型號的例子針對一種優(yōu)選實施方案即MEO系統(tǒng)型號1.0(圖3中所示的MEO系統(tǒng)型號)確定尺寸而用于醫(yī)務(wù)室或?qū)嶒炇?。其它?yōu)選實施方案具有不同的外部構(gòu)造和尺寸，但其內(nèi)部功能和組件基本與圖1所示的相同。圖3的優(yōu)選實施方案包括一個由金屬或高強度塑料構(gòu)造的外罩72，該外罩包圍電化學電池25、電解液和帶孔籃筐3。通過電源線78向交流電源30提供交流電。監(jiān)視器屏幕51結(jié)合在外罩72內(nèi)用來顯示有關(guān)系統(tǒng)和所要處理的廢物的信息。另外，在外罩72中結(jié)合有控制鍵盤53用來向系統(tǒng)中輸入信息。監(jiān)視器屏幕51和控制鍵盤53可以與系統(tǒng)相連而不必將它們結(jié)合在外罩72中。在一種優(yōu)選實施方案中，可以向外罩72中結(jié)合狀態(tài)燈73用來顯示有關(guān)生物廢物材料處理狀態(tài)的信息。在外罩72中可以結(jié)合空氣噴射器37，從而允許在陰極電解液的表面以下將空氣引入到陰極電解液貯池31中。另外，將CO2排放口14結(jié)合到外罩72中，從而允許從罩在其內(nèi)的陽極電解液反應(yīng)室中排放CO2。在一種優(yōu)選實施方案中，外罩包括用于清潔MEO廢物處理系統(tǒng)的設(shè)備，包括沖洗18和排放12，陽極電解液和陰極電解液將通過這兩個設(shè)備。該優(yōu)選實施方案進一步包括大氣排放口47從而有利于氣體從陰極電解液貯池31排放到大氣中。其它的優(yōu)選實施方案系統(tǒng)在本質(zhì)上類似，只是在尺寸上被放大，從而處理更大量的廢物，例如病房、操作間、實驗室、焚燒爐替換裝置等。
所述系統(tǒng)具有用于輸入命令和數(shù)據(jù)的控制鍵盤53。ON/Off按鈕74用于切換設(shè)備電源開或關(guān)。監(jiān)視器屏幕51用來顯示系統(tǒng)的操作和功能。在鍵盤53和監(jiān)視器屏幕51下方是狀態(tài)燈73用來顯示開、關(guān)或備用狀態(tài)。打開鉸鏈蓋1，并在室5中的籃筐3中堆積生物廢物。蓋止動2保持蓋的開口被控制。鉸鏈蓋1配有由控制器49操作的鎖緊插銷76。在室5中是含水酸、堿或中性鹽電解液和介導式氧化劑物質(zhì)溶液，其中媒介物氧化還原偶的氧化劑形式可以最初存在，或者可以在向電化學電池25中加入廢物并應(yīng)用直流電30后電化學產(chǎn)生。類似地，當陽極電解液為室溫、操作溫度或某些最優(yōu)中間溫度時，也可以加入廢物。直流電源30向電化學電池25提供直流電。泵19循環(huán)電解液的陽極電解液部分，并且在低于100℃的溫度和環(huán)境壓力下迅速氧化生物廢物材料。在線過濾器6防止足夠大以至于堵塞電化學電池25的流路的固體顆粒流出該反應(yīng)室5。繼續(xù)氧化過程從而將材料分解成越來越小的分子，直到它們變?yōu)镃O2、水以及一些CO和無機鹽。任何殘余物都被中和成鹽的形式，并且可以定期通過無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15和排放出口12脫除。當應(yīng)用相同管道向反應(yīng)室5和31加入電解液時，所述電解液可以用不同的電解液替換，來改變應(yīng)用或者所要分解的材料。陰極電解液貯池31具有一個螺紋蓋33(如圖1所示)，其用來使維修人員進入貯池31進行清潔和維修。
作為一種選擇，MEO設(shè)備可以在加入整個白天產(chǎn)生的生物廢物的情況下設(shè)置為備用模式，而裝置在非操作時間內(nèi)處于完全運行狀態(tài)。所述MEO方法的優(yōu)點是耗電較低以及介導式氧化劑物質(zhì)和電解液的損失非常低，這些優(yōu)點為設(shè)備提供了一種選擇，即在白天在非常低的水平下操作，從而在整個白天生物廢物在非常慢的速率下進行分解。
設(shè)備的緊湊性使得其用于辦公室和操作間非常理想，并且也適用于高體積輸入的實驗室和醫(yī)院的非操作間的活動。本方法在低溫和環(huán)境大氣壓下操作，并且在生物廢物的分解過程中不會產(chǎn)生有毒化合物，使得該方法具有室內(nèi)兼容性。所述系統(tǒng)可放大為足夠大的裝置從而替換醫(yī)院的焚燒爐系統(tǒng)。來自陽極電解液系統(tǒng)A的CO2氧化產(chǎn)物從CO2排放口14排出。來自陰極電解液系統(tǒng)B的尾氣產(chǎn)物通過如圖所示的大氣空氣排放口47排放。
MEO方法的操作步驟MEO方法的操作步驟在圖4“MEO系統(tǒng)操作步驟”中進行了描述。該MEO設(shè)備包含在外罩72內(nèi)。通過操作員起動控制鍵盤53上的“ON”按鈕74(狀態(tài)燈73)而起動81 MEO系統(tǒng)。包括微處理器的系統(tǒng)控制器49運行程序控制整個操作順序82。監(jiān)視器屏幕51按適當順序顯示過程步驟。控制面板上的狀態(tài)燈73提供MEO設(shè)備的狀態(tài)(例如開、關(guān)、預備、備用)。打開蓋1并在籃筐3中放入生物廢物83(其可以為液體、固體和混合物)，然后廢物的固體部分被保留而液體部分通過籃筐流入陽極電解液。啟動鎖緊插銷76。泵19和43分別開始循環(huán)85陽極電解液87和陰極電解液89。當電解液的循環(huán)在整個系統(tǒng)中建立起來后，混合器7和35開始操作91和93。根據(jù)廢物的特性(例如反應(yīng)動力學、反應(yīng)熱等)，有可能希望的是在只有很少或沒有為氧化劑形式的媒介物氧化還原偶的條件下，將廢物引入到室溫或更冷的陽極電解液系統(tǒng)中。當流動已經(jīng)形成后，打開95/97熱控制裝置21、22、45和46，啟動預先確定的陽極氧化和電解液加熱程序。向電化學電池25供電94(利用電池命令56)至由控制器程序確定的電位57和電流55密度。應(yīng)用程序化的電源和電解液溫度攀升，有可能保持預定的廢物分解速率分布，例如當更具有反應(yīng)性的廢物組分被氧化時，致使剩余的廢物的反應(yīng)性越來越弱，因而需要越來越劇烈的氧化條件，從而保持相對恒定的反應(yīng)速率。如果在控制器程序中選擇了這些選項，則在陽極電解液反應(yīng)室5和陰極電解液貯池31中啟動99和101超聲波9和48以及紫外線系統(tǒng)11。啟動103 CO2排放口14，從而從陽極電解液反應(yīng)室5的生物廢物氧化過程中釋放CO2。在陰極電解液系統(tǒng)中啟動105空氣噴射器37和大氣排放口47。分解過程的進展將在控制器(氧化傳感器67)中通過不同電池電壓和電流55，57(例如斷路、陽極對參比電極、離子專用電極等)進行監(jiān)控，并且監(jiān)控陽極電解液尾氣(應(yīng)用傳感器65)組合物的CO2、CO和氧含量。
生物廢物被分解成水和CO2，而后者通過CO2排放口14排放出去103。空氣噴射器37將空氣105引入陰極電解液貯池31中，并且過量空氣通過大氣排放口47排出。當氧化傳感器65和67確定已經(jīng)達到所希望的廢物分解程度107時，系統(tǒng)進入備用狀態(tài)109。系統(tǒng)操作員應(yīng)用控制器鍵盤53執(zhí)行系統(tǒng)停車111。
實施例如下實施例描述了本申請的方法和設(shè)備。
實施例(1)原生質(zhì)的分解通過分析人類原生質(zhì)的電化學氧化可以估計用于醫(yī)用/病理性廢物的設(shè)備性能參數(shù)，其中據(jù)文獻中描述人類原生質(zhì)由67wt％的水、29wt％的有機固體和4wt％的礦物質(zhì)組成。這些有機固體由蛋白質(zhì)(15wt％)、脂肪(13wt％)和碳水化合物(1wt％)組成。針對這一分析，假定蛋白質(zhì)為膠原蛋白(C102H149O38N31)，脂質(zhì)或脂肪為(C57H110O6)，以及碳水化合物為葡萄糖單元(C6H12O6)，并且氧化產(chǎn)物為H2O、CO2和NO2。假定為3伏的電池電位和85％的電流效率，則氧化1kg人類原生質(zhì)需要8.2kWh。這一電能通過電池所需要的時間由以下因素確定(1)電池的電極表面積(即假定其等于隔膜面積)，(2)隔膜的最大允許電流密度，(3)在3伏時電源的電流容量，和(4)分配系統(tǒng)的電流負載容量。
陽極電解液為1-22M的硝酸，通常為約4-8M的硝酸，0.01M可溶性鐵(三價鐵)鹽至其飽和溶液，通常為0.5M的可溶性三價鐵鹽(通常為硝酸鐵，但不局限于此)。如果通過加入另一種濃度為0.1M至飽和溶液的可溶性媒介物鹽來強化，則可溶性鐵鹽的濃度下限可以降低至0.001M。陰極電解液為1-22M硝酸，通常為約4-8M的硝酸。所述設(shè)備在約0℃至稍低于100℃之間操作。在另一種酸的情況下，對于按照與Fe+3相同的濃度范圍可溶于其中的媒介物而言為1-19M硫酸和磷酸。
實施例(2)有效及環(huán)境安全的產(chǎn)物MEO方法產(chǎn)生CO2、水和微量無機鹽，所有這些物質(zhì)均被管理機構(gòu)認為是良性的可以引入到環(huán)境中。在本發(fā)明中應(yīng)用MEO方法的費用與焚燒法和垃圾填埋法相比是有竟爭性的。所述MEO方法特別適合于生物廢物的分解，這是因為組成該廢物大部分的水(例如組織、體液等)是良性的或者實際上可以作為二次氧化物質(zhì)的來源，而不是與媒介物氧化物質(zhì)竟爭的寄生反應(yīng)。另外，在MEO方法中必須提供能量來加熱廢物流的水組分，使其從環(huán)境溫度上升至電解液操作溫度(即80℃的最大溫升)，該能量與基于高壓釜或焚燒爐的方法所要求的水焓的增加相比是微不足道的。
實施例(3)良性的室內(nèi)操作相對于較早的技術(shù)而言，該系統(tǒng)是獨特的，因為建立該系統(tǒng)是為了在室內(nèi)環(huán)境如病房或?qū)嶒炇抑羞M行操作，在這些地點其必須與工作在系統(tǒng)附近的人們以及在醫(yī)療條件下進行治療的人們是相容的。該系統(tǒng)適合于在工作人員居住的室內(nèi)空間應(yīng)用，同時也適合于在與焚燒爐建筑類似的工業(yè)工作地點應(yīng)用。
實施例(4)固有的安全操作建立系統(tǒng)只要求有限的操作技能。對系統(tǒng)控制器進行編程從而指導操作員進行正常的操作循環(huán)以及各種可利用的選項。在其操作循環(huán)過程中系統(tǒng)是可進入的，從而可以向過程廢物中加入更多的生物廢物，同時保持與室內(nèi)環(huán)境相兼容。當在操作過程中向系統(tǒng)中加入新的生物廢物時，操作員選擇這一選項。系統(tǒng)控制器使系統(tǒng)操作步驟循環(huán)回步驟83。其使步驟85、87、89、91、93、94、95、97、99、101停止，并且保持步驟103和105處于其活動狀態(tài)?？刂破麽尫沛i緊插銷76，并且操作員將加入更多的生物廢物。當完成加入操作后，他選擇重新啟動選項。系統(tǒng)循環(huán)返回這些步驟，從而繼續(xù)處理廢物。
實施例(5)化學反應(yīng)是安全的建立系統(tǒng)進行操作，其材料在其應(yīng)用環(huán)境中可以安全地被處理。所述生物廢物只含有很少或者不含能與所選擇的電解液反應(yīng)而產(chǎn)生揮發(fā)性化合物的物質(zhì)，而這將會給室內(nèi)環(huán)境帶來問題。所述系統(tǒng)將在環(huán)境大氣壓力和約0℃至稍低于電解液沸點的溫度下操作，而所述電解液的沸點通常低于100℃，該操作條件增加了室內(nèi)兼容性。
實施例(6)環(huán)保機器針對利用生物廢物所建立的新系統(tǒng)的簡化形成一個比現(xiàn)有廢物處理系統(tǒng)操作更經(jīng)濟并且應(yīng)用起來更清潔的系統(tǒng)。與已有的MEO系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的復雜程度降低，這是因為其不需要處理大量的鹵素。從環(huán)境良性的系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)確實上是“環(huán)保機器”。
實施例(7)系統(tǒng)的靈活性建立該系統(tǒng)從而可以改變電解液的組成，進而使該系統(tǒng)適應(yīng)于所選擇的生物廢物流的組成。構(gòu)造系統(tǒng)使其帶有接口，從而分別沖洗和排放陽極電解液和陰極電解液。
實施例(8)系統(tǒng)的副產(chǎn)物是安全的系統(tǒng)的靈活性允許引入多種媒介物離子，從而使電解液效率明顯改進。另外，其使電解液對溶液中的氯離子不敏感(即在防止形成不穩(wěn)定的高氯酸鹽化合物方面更容易)。
雖然已經(jīng)參考具體實施方案對本發(fā)明進行了描述，但在不偏離本發(fā)明范圍的前提下可以對本發(fā)明進行調(diào)整和改變，本發(fā)明的范圍在下述權(quán)利要求中進行定義。
我們已經(jīng)描述了MEO方法及其各化學步驟，我們相信這些描述是精確的。但如果所述方法偏離了我們的表述，我們?nèi)匀粓猿终J為所有的權(quán)利要求是有效的。
雖然我們相信在本節(jié)中所給出的理論解釋是正確的，但我們并不希望受它們所局限。
新的生物廢物材料系統(tǒng)的一些重要特征和元件包括1.處理和氧化生物廢物材料的方法，包括在電化學電池中放置電解液，用離子選擇性膜或半透膜將電解液分離成為陽極電解液部分和陰極電解液部分，在陽極電解液部分和陰極電解液部分施加直流電壓，將生物廢物材料放入陽極電解液部分，在陽極電解液部分中用介導式電化學氧化(MEO)方法氧化生物廢物材料，其中陽極電解液部分進一步包括處于水溶液中的媒介物，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
2.第1段的方法，其中a.陽極電解液部分進一步在水溶液中包括一種或多種選自表I所述的簡單陰離子媒介物離子，并且電解液為酸性、中性或堿性溶液；b.氧化物質(zhì)選自一種或多種在水溶液中含有鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合物作為附加原子的第I類同多陰離子(即復雜陰離子氧化還原偶媒介物)，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；c.氧化物質(zhì)選自一種或多種第I類雜多陰離子，所述雜多陰離子通過在水溶液中向上述同多陰離子中作為雜原子單獨或組合引入表II中所列的任何元素而形成，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；
d.氧化物質(zhì)選自一種或多種在水溶液中含有至少一種在表I和表II中包含的雜原子類(即元素)的任何雜多陰離子，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；e.氧化物質(zhì)選自前述四段(2a、2b、2c和2d)的任何或所有陰離子氧化還原偶媒介物的組合；f.向電解液中加入催化劑添加劑，并對介導式電化學方法的動力學有貢獻，同時保持添加劑不直接涉及生物廢物材料的氧化；g.向電解液中加入穩(wěn)定化合物如碲酸鹽或高碘酸鹽離子，這些穩(wěn)定化合物用來克服和穩(wěn)定簡單和復雜陰離子氧化還原偶媒介物的更高氧化態(tài)物質(zhì)的氧化形式的短壽命；h.氧化物質(zhì)為原子序數(shù)小于90并且在表I中確定的元素；i.每種物質(zhì)均具有正常價態(tài)和更高價的氧化態(tài)，并且進一步包括通過在電化學電池中從正常價態(tài)物質(zhì)中剝離電子而產(chǎn)生氧化物質(zhì)的更高價的氧化態(tài)；k.氧化物質(zhì)為“超氧化劑”(SO)(通常顯示出與Ce+3/Ce+4氧化還原偶至少相等的氧化電位(即1.7伏))，其為能夠產(chǎn)生自由基如羥基或過羥基的氧化還原偶物質(zhì)，并且進一步包括使SO與水反應(yīng)產(chǎn)生二次氧化劑；1.應(yīng)用堿性溶液來輔助由脂肪酸的皂化得到的生物廢物材料的分解(即堿促進的酯水解)，從而形成脂肪酸的水溶性堿金屬鹽(即肥皂)和甘油，這種方法類似于通過將動物脂肪加入到熱堿水溶液中而由動物脂肪生產(chǎn)肥皂；m.應(yīng)用堿性陽極電解溶液吸收由生物廢物氧化形成的CO2，從而形成碳酸氫鈉/碳酸鈉溶液，而其隨后通過電化學電池循環(huán)，產(chǎn)生過碳酸鹽氧化劑；n.超氧化劑在水溶液中由如下物質(zhì)產(chǎn)生無機自由基碳酸鹽、重氮化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、亞磷酸鹽、磷酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、亞硒酸鹽、硫氰酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物和甲酸鹽的氧化形式，但不局限于此；
o.在電化學電池內(nèi)的陽極電解液部分使氧化還原偶的還原形式重新氧化；p.膜(陽極電解溶液和陰極電解溶液間的隔膜)可以為微孔塑料、燒結(jié)玻璃料、多孔陶瓷等；q.在直流電壓上施加交流電壓從而延遲在電極上形成限制電池性能的表面膜；r.在陽極電解液中放置帶孔籃筐；s.向陰極電解液部分中加入氧(這僅對HNO3或NO3-鹽來說是必須的)；t.如表I所述(簡單陰離子)；含有鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合作為附加原子的第I類同多陰離子；通過在上述的雜多陰離子中作為雜原子單獨或組合引入表II中所列的任何元素而形成的第I類雜多陰離子；或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何雜多陰離子；u.在陽極電解液進入電化學電池之前調(diào)節(jié)其溫度(例如0℃至稍低于沸點)從而促進陰離子氧化還原偶媒介物的氧化形式的產(chǎn)生；v.調(diào)節(jié)進入陽極電解液反應(yīng)室的陽極電解液的溫度(例如0℃至稍低于沸點)從而通過降低進入電化學電池的陽極電解液的溫度而在所希望的速率下實現(xiàn)所希望的化學反應(yīng)。
3.第1段的方法，其中a.向陽極電解液部分中引入超聲波能，利用超聲波能瞬時升高細胞膜內(nèi)的局部溫度至幾千度以上，致使細胞膜破裂，從而使生物廢物材料中的細胞膜破裂；b.向陽極電解液部分中引入紫外線能，并在其中將過氧化氫和臭氧分解成為羥基自由基，從而在不消耗更多電子的條件下，通過將消耗電子的寄生反應(yīng)的產(chǎn)物(即臭氧和過氧化氫)轉(zhuǎn)化為可用的自由基(即二次)氧化劑而提高MEO過程效率；c.向陽極電解液中加入表面活性劑，從而當生物廢物或中間階段反應(yīng)產(chǎn)物不溶于水并且傾向于形成不能混溶的層時，促進生物廢物或中間階段反應(yīng)產(chǎn)物在水溶液內(nèi)的分散；d.應(yīng)用過溴酸鹽并且分解不銹鋼產(chǎn)品(例如在本發(fā)明技術(shù)領(lǐng)域中參考的法令和法規(guī)中定義的刀片)；e.應(yīng)用簡單和/或復雜的氧化還原偶媒介物，用氧化形式侵蝕具體有機分子，同時在低溫下操作從而阻止形成二噁類化合物和呋喃；f.使生物廢物材料分解成有機化合物，并且應(yīng)用簡單和/或復雜陰離子氧化還原偶媒介物或無機自由基侵蝕有機化合物從而產(chǎn)生有機自由基；g.處理和氧化生物廢物材料包括處理和氧化動物廢物，所述動物廢物按這里所參考的生物廢物的定義而確定；h.在電化學電池中剝離NVS陰離子的電子升高正常價態(tài)(NVS)陰離子至更高價態(tài)；所存在的任何其它氧化還原偶的氧化形式通過類似的陰極氧化產(chǎn)生，或者通過與所存在的其它氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而產(chǎn)生。氧化還原偶的氧化形式氧化生物廢物分子，并且其自身轉(zhuǎn)化成為其還原形式，然后它們通過前述任一機理重新氧化，并且繼續(xù)氧化還原循環(huán)；i.通過電化學電池循環(huán)陰離子從而將可逆的氧化還原偶的還原形式陽極氧化成為其氧化形式；j.在陽極電解液部分使陰離子與生物廢物材料接觸；k.通過電化學電池循環(huán)陰離子；l.在二次氧化過程中包括氧化電位高于閾值1.7伏的陰離子(即超氧化劑)，并產(chǎn)生氧化劑；m.向陽極電解液部分加入紫外線(UV)能源，并強化二次氧化過程，將過氧化氫和臭氧分解成為羥基自由基，從而加快氧化過程；n.向陽極電解液部分中引入超聲波能源，并照射生物廢物材料中的細胞膜，瞬時升高細胞膜內(nèi)的局部溫度，致使細胞膜破裂，從而使細胞內(nèi)容物更大程度地暴露于陽極電解液部分中的氧化物質(zhì)；o.在本專利中涉及的氧化劑物質(zhì)(即原子序數(shù)低于90的特征元素)在表I中有述(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I類IPA；通過向上述IPA中單獨或組合引入表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類HPA；或含有在表I和表II中所含的至少一類雜原子(即元素)的任何HPA，或任何或所有這些類別的媒介物質(zhì)的組合。
4.第1段的方法，進一步包括a.通過使廢物-陽極電解液混合物循環(huán)通過電化學電池而應(yīng)用在所要分解的廢物中原位發(fā)現(xiàn)的氧化劑物質(zhì)，其中原位可逆氧化還原偶的氧化形式由陽極氧化形成，或者如果有更強的氧化還原偶加入到陽極電解液中并且在電化學電池中陽極氧化，則另外與更強的氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而形成，從而分解生物廢物材料；b.應(yīng)用堿性電解液，例如含有媒介物質(zhì)的NaOH或KOH，但不局限于此，其中所述媒介物氧化還原偶的還原形式在所述電解液中顯示出足夠的溶解度，從而使所希望的生物廢物的氧化按可行的速率進行。產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)(即媒介物質(zhì)和生物廢物分子的反應(yīng))的氧化電位與電解液的pH值成反比，因而通過適當選擇媒介物氧化還原偶，有可能通過提高電解液的pH值而使實現(xiàn)所希望的氧化過程所需的電位最小，從而減少分解單位質(zhì)量生物廢物所消耗的電能；c.水溶液選自酸或堿或中性電解質(zhì)，其中所述酸如硝酸、硫酸、或磷酸或其混合物，但不局限于此，堿如氫氧化鈉或氫氧化鉀或其混合物，但不局限于此，中性電解液如硝酸、硫酸或磷酸的鈉鹽或鉀鹽或其混合物，但不局限于此；d.應(yīng)用超聲波能誘導微觀氣泡內(nèi)爆，而該微觀氣泡內(nèi)爆可用于實現(xiàn)所希望的在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積的尺寸減小。
5.第1段的方法，進一步包括a.按優(yōu)選實施方案在不改變設(shè)備的情況下交換氧化物質(zhì)；和b.電解液為酸性、中性或堿性的水溶液。
6.第1段的方法，進一步包括a.處理和氧化生物廢物材料，包括處理和氧化尸體廢物，其中所述尸體廢物按這里所參考的生物廢物的定義確定；
b.處理和氧化生物或工業(yè)有機廢物材料，包括處理和氧化來自軍用船只的廢物，所述軍用船只如潛水艇、驅(qū)逐艇、巡洋艦和航空母艇，但不局限于此；c.處理和氧化生物廢物材料，包括處理和氧化來自商用船只的廢物，所述商用船只例如巡游船、油輪、貨船、漁船、娛樂艇或游艇，但不局限于此；d.處理和氧化生物廢物材料，包括處理和氧化來自獸醫(yī)行業(yè)的廢物，其中所述獸醫(yī)行業(yè)廢物按這里所參考的生物廢物的定義確定；e.用氫或水和氫離子滲透膜或微孔聚合物、陶瓷或玻璃料膜分離陽極電解液部分和陰極電解液部分；f.在足夠的電位水平下對電化學電池供電，從而在陽極電解液中形成具有最高氧化電位的氧化還原偶的氧化形式；g.向陽極電解液部分中加入生物廢物材料；h.通過與可氧化的分子接觸形成一種或多種可逆的氧化還原偶的還原形式，該反應(yīng)氧化可氧化材料，同時伴隨著可逆氧化還原偶的氧化形式還原成其還原形式；i.與陽極電解液相連的超聲波源，通過瞬時加熱電解液中的過氧化氫至1000大氣壓下的4800℃，從而將過氧化氫分解成為羥基自由基，因此加快氧化過程，進而強化二級氧化過程，；j.產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比；k.第1段的方法，其特征在于所述方法在稍高于0℃至稍低于電解液沸點的溫度下進行，所述電解液的沸點通常低于100℃；l.實施方法的溫度是變化的；m.處理和氧化生物廢物，包括處理和氧化固體廢物；n.處理和氧化生物廢物，包括處理和氧化液體廢物；o.處理和氧化生物廢物，包括處理和氧化液體和固體的組合物；以及p.脫除和處理沉積物，其中所述沉積物在分解過程中由氧化物質(zhì)和生物廢物所釋放的其它物質(zhì)的組合所形成。
7.第1段的方法，進一步包括對于陽極電解溶液和陰極電解溶液來說不必含有相同的電解液，而是每種電解液系統(tǒng)可以相互獨立，包括酸、堿或中性鹽的水溶液，其中所述酸通常為硝酸、硫酸或磷酸，但不局限于此，堿通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀，但不局限于此，中性鹽通常為前述強酸的鈉或鉀鹽，但不局限于此。
8.第1段的方法，進一步包括在膜上電流密度大于0.5A/cm2的條件下操作電化學電池，雖然該電流密度是一個界限，但超過該界限時仍可能有少量金屬陰離子通過所述膜漏出，并且通過一個設(shè)備如樹脂柱來回收所述金屬陰離子，從而導致在陽極電解液室中更大的材料分解速率。
9.第1段的方法，其中a.陰極電解溶液進一步包括水溶液，并且在溶液中的電解質(zhì)包括酸或堿或中性鹽，其中所述酸通常為硝酸、硫酸或磷酸，但不局限于此，堿通常為氫氧化鈉或氫氧化鉀，但不局限于此，中性鹽通常為前述強酸的鈉或鉀鹽，但不局限于此；b.向陰極電解液部分中加入氧(這僅對HNO3或NO3-鹽是必須的)；c.在陰極電解液中電解質(zhì)的濃度將由其對電化學電池中所希望的陰極電解溶液的電導率的影響來控制；d.應(yīng)用超聲波誘導的微觀氣泡內(nèi)爆來實現(xiàn)陰極電解溶液的劇烈混合，其中當在陰極電解液中應(yīng)用硝酸時，所希望的是氧化硝酸和少量氮氧化物；e.應(yīng)用機械混合實現(xiàn)陰極電解溶液的劇烈混合，其中所希望的是氧化硝酸和少量氮氧化物；f.向陰極電解溶液中引入空氣，從而促進亞硝酸和少量氮氧化物(NOx)的氧化，其中(NOx)通過陰極反應(yīng)并且HNO3或NO3-鹽在陰極電解液中存在時形成；和g.向陰極電解溶液中引入空氣，從而在釋放前稀釋在陰極電解溶液中產(chǎn)生的任何氫。
10.處理和氧化生物廢物材料的設(shè)備，包括電化學電池、設(shè)置在電化學電池中的電解液、氫或水合氫離子滲透膜，所述膜位于電化學電池中用來將電池分隔成為陽極電解液室和陰極電解液室，并將電解液分隔成為陽極電解液部分和陰極電解液部分，電極進一步包括分別位于電化學電池的陽極電解液室和陰極電解液室中并且分別位于電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分中的陽極和陰極，與陽極和陰極相連用于在電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分之間提供直流電壓的電源，設(shè)置于陽極電解液室中用于接收生物廢物材料的帶孔籃筐，以及在陽極電解液部分中用介導式電化學氧化(MEO)方法氧化生物廢物材料，其中陽極電解液部分進一步包括在水溶液中的媒介物，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
11.第10段的設(shè)備，其中a.向電解液中加入添加劑，并對介導式電化學方法的動力學有貢獻，同時保持所述添加劑不直接涉及生物廢物材料的氧化；b.用于穩(wěn)定在電解液中用作氧化物質(zhì)的可逆氧化還原偶的氧化形式的較高氧化態(tài)物質(zhì)的化合物；c.在本專利中涉及的氧化劑物質(zhì)(即原子序數(shù)低于90的特征元素)在表I中有述(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I類IPA；通過向上述IPA中單獨或組合引入在表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類HPA；或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何HPA，或任何或所有這些媒介物質(zhì)的組合；d.氧化物質(zhì)為超氧化劑，并且進一步包括使超氧化劑與含水陽極電解液反應(yīng)而產(chǎn)生二次氧化劑；e.堿性溶液用來輔助分解生物廢物材料；f.堿性溶液用來吸收CO2并形成堿金屬碳酸氫鹽/碳酸鹽，用于循環(huán)通過電化學電池產(chǎn)生過碳酸鹽氧化劑；g.過溴酸鹽用來分解不銹鋼產(chǎn)品(例如刀片)；h.超氧化劑在水溶液中產(chǎn)生無機自由基，所述無機自由基來自碳酸鹽、重氮化物、亞硝酸鹽、硝酸鹽、亞磷酸鹽、磷酸鹽、亞硫酸鹽、硫酸鹽、亞硒酸鹽、硫氰酸鹽、氯化物、溴化物、碘化物及其它物質(zhì)；i.有機自由基用來輔助MEO方法，并將生物廢物材料分解成為較簡單(即較小分子結(jié)構(gòu))的有機化合物；j.氧化電位超過閾值1.7伏的陰離子(即超氧化劑)，用于進行二次氧化過程產(chǎn)生氧化劑；k.在本專利中涉及的氧化劑物質(zhì)(即原子序數(shù)低于90的特征元素)在表I中有述(簡單陰離子氧化還原偶媒介物)由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I類IPA；通過向上述IPA中單獨或組合引入表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類HPA；或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何HPA，或任何或所有這些媒介物質(zhì)的組合；l.應(yīng)用超聲波能誘導微觀氣泡內(nèi)爆，而該微觀氣泡內(nèi)爆將用于實現(xiàn)所希望的在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積的尺寸減?。籱.膜可以為微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料；n.在直流電壓上可以施加交流電壓從而延遲在電極上形成限制電池性能的表面膜；和o.通過空氣噴射器向陰極電解液貯池中引入外部空氣，其中在空氣中所含的氧氧化亞硝酸和少量氮氧化物(NOx)，而亞硝酸和氮氧化物通過陰極反應(yīng)產(chǎn)生(僅當HNO3或NO3-鹽在陰極電解液中存在時是必須的)。
12.第10段的設(shè)備，其中a.每種氧化物質(zhì)具有正常價態(tài)(即氧化還原偶的還原形式)和更高價的氧化態(tài)，并進一步包括通過在電化學電池中從正常價態(tài)物質(zhì)中剝離和減少電子而產(chǎn)生氧化物質(zhì)的更高價氧化態(tài)(即氧化還原偶的氧化形式)；b.應(yīng)用在堿性溶液中可以應(yīng)用的物質(zhì)，因為產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比，這減少了分解生物廢物所需要的電能；c.其它氧化物質(zhì)，并且用氧化物質(zhì)侵蝕具體有機分子，同時在足夠低的溫度下操作，從而阻止形成二噁類化合物和呋喃；d.過溴酸鹽用來處理醫(yī)用刀片，所述刀片按這里所參考的生物廢物的定義而確定；e.在足夠的電位水平下對電化學電池供電，從而在陽極電解液中形成具有最高氧化電位的氧化還原偶的氧化形式；f.在其進入電化學電池之前，用換熱器調(diào)節(jié)溫度為0℃至低于陽極電解液的沸點之間，從而強化陰離子氧化還原偶媒介物的氧化形式的產(chǎn)生；和g.用換熱器調(diào)節(jié)進入陽極電解液反應(yīng)室的陽極電解液的溫度(例如0℃和稍低于其沸點)，從而在所希望的速率下實現(xiàn)所希望的化學反應(yīng)。
13.第10段的設(shè)備，其中a.氧化物質(zhì)為一種或多種在水溶液中含有鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合作為附加原子的第I類同多陰離子(即復雜陰離子氧化還原偶媒介物)，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；b.氧化物質(zhì)為一種或多種第I類雜多陰離子，所述第I類雜多陰離子通過在水溶液中向上述同多陰離子中作為雜原子單獨或組合引入表II中所列的任何元素而形成，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；c.氧化物質(zhì)為一種或多種在水溶液中含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類(即元素)的任何雜多陰離子，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液；d.氧化物質(zhì)為前述三段(13a-c)的任何或所有的陰離子氧化還原偶媒介物的組合；e.氧化物質(zhì)為分解生物廢物材料時原位發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)的較高價態(tài)；和f.電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
14.第10段的設(shè)備，進一步包括a.水溶液選自酸、堿或中性電解液，其中所述酸如硝酸、硫酸或磷酸，但不局限于此，堿如氫氧化鈉或氫氧化鉀，但不局限于此，中性電解液如硝酸、硫酸或磷酸的鈉鹽或鉀鹽，但不局限于此；b.生物廢物材料醫(yī)藥生產(chǎn)過程的廢物廢料和廢棄藥品；c.生物廢物材料為動物廢物，所述動物廢物按這里所參考的生物廢物的定義確定；d.生物廢物材料為尸體廢物，所述尸體廢物按這里所參考的生物廢物的定義確定；e.生物廢物材料為來自軍用船只的廢物，所述軍用船只如潛水艇、驅(qū)逐艦、巡洋艦和航空母艦，但不局限于此；f.生物廢物材料為來自非軍用船只的廢物，所述非軍用船只如商用船、巡游船、油輪、貨船、漁船、娛樂艇或游艇，但不局限于此；g.生物廢物材料為來自獸醫(yī)行業(yè)的廢物，所述廢物按這里所參考的生物廢物的定義確定；h.用氫或水合氫的半透膜、微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料膜分離陽極電解液部分和陰極電解液部分，同時允許氫或水合氫離子通過從陽極電解液進入陰極電解液；i.產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比；j.生物廢物為液體廢物；k.生物廢物為液體和固體的組合物；和l.可以在優(yōu)選實施方案中在不改變設(shè)備的情況下交換氧化物質(zhì)。
15.第10段的設(shè)備，進一步包括a.與陽極電解液室相連的紫外線源11，并且在其中將過氧化氫和臭氧分解成為羥基自由基，并且通過在陽極電解液室中利用這些二次氧化劑氧化生物廢物材料而回收能量，從而提高MEO過程效率。
b.與陽極電解液相連的超聲波源9，用來通過加熱含過氧化氫的電解液至1000大氣壓下的4800℃，從而將過氧化氫分解成為羥基自由基，因此加快氧化過程，進而強化二次氧化過程；d.與陽極電解液相連的超聲波能源9，用來照射生物物質(zhì)中的細胞膜，通過瞬時升高細胞膜內(nèi)的溫度并致使細胞膜破裂，從而致使細胞內(nèi)容物更大程度地暴露于陽極電解液中的氧化物質(zhì)；e.與陽極電解液室相連的超聲波能源9，并用超聲波能升高細胞膜內(nèi)的局部溫度至幾千度以上，致使細胞膜破裂，從而破裂生物廢物材料中的細胞膜；f.應(yīng)用超聲波能，通過超聲波能源9誘導微觀氣泡內(nèi)爆，而該微觀氣泡內(nèi)爆將用于實現(xiàn)所希望的在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積的尺寸減??；g.在反應(yīng)室5中容納陽極電解液部分的主體和帶孔籃筐3；h.CO2排放口14用來向大氣排放CO2；i.與外罩相連的外部CO2排放口14，用來向大氣中排放CO2；j.與反應(yīng)室相連的鉸鏈蓋1，允許向陽極電解液部分加入為液體、固體或液體和固體混合物的廢物；k.如果在所要處理的生物廢物中存在微量以上的氯化物或存在其它形成沉淀的陰離子，則應(yīng)用與陽極電解液泵相連的無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15，從而避免形成不穩(wěn)定的含氧化合物(例如高氯酸鹽等)；l.尾氣清潔系統(tǒng)16包括洗滌/吸收塔；m.與陽極電解液反應(yīng)室相連的冷凝器13；n.利用氣體清潔系統(tǒng)16使不凝性的不完全氧化產(chǎn)物(例如低分子量的有機物、一氧化碳等)降低到大氣排放可以接受的水平；o.對于分解大多數(shù)生物廢物來說，氣體清潔系統(tǒng)16并不是MEO設(shè)備的必須組件；p.如果在MEO設(shè)備中結(jié)合了氣體清潔系統(tǒng)16，則陽極電解液尾氣在氣體清潔系統(tǒng)16中接觸，其中來自冷凝器13的不凝物通過流量分配系統(tǒng)加入到氣體清潔系統(tǒng)16的下部，并將直接來自電化學電池25的新鮮氧化的陽極電解液的一小股側(cè)線物流加入到塔的上部，這將導致當氣相在塔內(nèi)上升通過向下流的陽極電解液時，與氧化媒介物質(zhì)連續(xù)反應(yīng)；q.外部排放12，用來向有機化合物脫除系統(tǒng)17和無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15排放，并排放陽極電解液系統(tǒng)；
r.有機化合物回收系統(tǒng)17用于回收a)良性的并且不需要進一步處理的生物材料，和b)將以其已經(jīng)被還原的形式應(yīng)用并針對此目的被回收的生物材料；s.如果在所要處理的生物廢物中存在微量以上的鹵素或其它形成沉淀的陰離子，則應(yīng)用任選的無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15，從而避免形成不穩(wěn)定含氧化合物(例如高氯酸鹽等)；t.將小型熱控制裝置21和22連接到流動物流上，從而加熱或冷卻陽極電解液至所選的溫度范圍；u.陽極電解液利用泵19由膜27的陽極26一側(cè)通過電化學電池25循環(huán)進入反應(yīng)室5；v.沖洗18用來沖洗陽極電解液系統(tǒng)；w.過濾器6位于反應(yīng)室5的底部，從而限制固體顆粒的粒度為約1mm直徑；x.在電化學電池25中的膜27分隔電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分；y.電化學電池25利用直流電源29供電，而后者通過交流電源30供電；z.直流電源29為低電壓高電流電源，通常在低于10V直流電下操作，但不局限于該范圍；aa.交流電源30對于較小的裝置來說在典型的110V交流線以下操作，而對較大裝置為240v交流電；bb.電解液容器邊緣由耐受氧化性電解液的材料組成(例如不銹鋼、PTFE、PTFE襯里管、玻璃、陶瓷)；和cc.電化學電池25與陽極電解液室相連。
16.第10段的設(shè)備，其中a.陽極電解液回收系統(tǒng)41與陰極電解液泵(43)相連；b.熱控制裝置45與陰極電解液貯池相連，用于改變陰極電解液部分的溫度；c.陰極電解液貯池31與電化學電池的陰極部分相連；
d.陰極電解液的主體存在于陰極電解液貯池31中；e.電解液的陰極電解液部分流入陰極電解液貯池31；f.空氣噴射器37與陰極電解液貯池相連，用來向陰極電解液貯池中引入空氣；g.陽極電解液回收系統(tǒng)41用來捕獲陰離子，并將陰離子重新加入到陽極電解液室中，或由陰極電解液處理掉；h.尾氣清潔系統(tǒng)39與陰極電解液貯池相連，用來在將尾氣釋放到大氣中之前對其進行凈化。
i.大氣排放口47與尾氣清潔系統(tǒng)相連，用來將氣體排放入大氣中；j.來自尾氣清潔系統(tǒng)39的清潔氣體與引入到系統(tǒng)中的空氣的未反應(yīng)組分組合，并通過大氣排放口47排放；k.在陰極電解液貯池上有一個螺紋蓋33，從而有利于沖洗陰極電解液貯池；l.混合器35與陰極電解液貯池相連，用來攪拌陰極電解液；m.陰極電解液泵43與陰極電解液貯池相連，用來循環(huán)陰極電解液返回電化學電池；n.排放12用于排放陰極電解液；o.沖洗18用于沖洗陰極電解液系統(tǒng)；p.空氣噴射器37與外罩相連，用于向陰極電解液貯池31中引入空氣；q.電解液的陰極電解液部分利用泵43由膜27陰極28一側(cè)通過電化學電池25循環(huán)；r.小型熱控制裝置45和46與陰極電解液流動物流相連，從而加熱或冷卻陰極電解液至所選的溫度范圍；s.陰極電解液與氧化氣的接觸可以應(yīng)用常規(guī)的利用混合器35促進氣/液接觸的技術(shù)(例如超聲波振動48、機械混合35等)而進行強化；t.在高于正常膜27電流密度(即高于約0.5A/cm2)的條件下操作電化學電池25，將會提高廢物分解速率，而且會導致更多的媒介物離子通過膜輸送至陰極電解液中；
u.任選的陽極電解液回收系統(tǒng)41設(shè)置在陰極電解液一側(cè)；v.應(yīng)用非硝酸陰極電解液的系統(tǒng)也可能需要空氣噴射來稀釋和脫除尾氣如氫；w.部分媒介物氧化劑離子可能通過膜27，并且如果必須通過陽極電解液回收系統(tǒng)41脫除它們，從而保持過程效率或電池的可操作性，或它們的經(jīng)濟價值必須對它們進行回收，則這種選擇是可用的；x.在高于正常膜27電流密度(即高于約0.5A/cm2)的條件下操作電化學電池25，將會提高廢物分解速率，因此可以避免擴大電化學電池25的投資費用；y.在高于正常膜電流密度(即高于約0.5A/cm2)的條件下操作電化學電池25，將會提高經(jīng)濟效益。
17.第10段的設(shè)備，其中a.利用圖2 MEO控制器中所描述的MEO控制器，操作員啟動MEO設(shè)備(圖1)；b.帶有微處理器的控制器49與監(jiān)視器51和鍵盤53相連；c.針對在監(jiān)視器51上顯示的信息，操作員通過鍵盤53向控制器49輸入命令；d.控制器49運行一定的程序，所述程序?qū)EO設(shè)備的操作步驟進行排序；e.所述程序預先對標準操作的順序進行程序化，操作員可以遵循這一標準程序或選擇他自己的操作順序；f.控制器49在確保安全和可靠操作的限度內(nèi)允許操作員選擇自己的順序；g.控制器49為MEO設(shè)備中的各組件輸送數(shù)字命令，該數(shù)字命令調(diào)節(jié)電源(AC 30和DC 29)，其中所述MEO設(shè)備的各組件有泵19和43、混合器7和35、熱控制裝置21、22、45和46、紫外線源11、超聲波源9和48、CO2排放口14、空氣噴射器37、以及電化學電池25；h.控制器接收來自組件的組件響應(yīng)和狀態(tài)；i.控制器為傳感器輸送數(shù)字命令，從而通過傳感器的響應(yīng)獲取傳感器信息；j.MEO設(shè)備中的傳感器提供有關(guān)各組件狀態(tài)的數(shù)字信息；k.傳感器測量流率59、溫度61、pH值63、CO2排放65、氧化程度67、空氣噴射傳感器69等；l.控制器49接收電化學電池上電位的狀態(tài)信息(伏特計57)，如果是多電池構(gòu)造則接收各電池的電位狀態(tài)信息，并且接收陽極和電池25內(nèi)部的參比電極之間的電位信息，以及在每個電池內(nèi)電極間流動的電流的信息(安培計55)；m.確定優(yōu)選實施方案即MEO系統(tǒng)型號1.0(在圖3中所示的MEO系統(tǒng)型號)的尺寸，從而在醫(yī)務(wù)室或?qū)嶒炇抑袘?yīng)用；其它優(yōu)選實施方案在外部構(gòu)造和尺寸方面有區(qū)別，但在內(nèi)部功能和組件方面與圖1所描述的基本相同；n.圖3中的優(yōu)選實施方案包括由金屬或高強度塑料構(gòu)造的外罩72，其包圍電化學電池25、電解液和帶孔籃筐3；o.通過電源線78向交流電源30提供交流電；p.在外罩72內(nèi)結(jié)合監(jiān)視器屏幕51，用來顯示有關(guān)系統(tǒng)和所要處理的廢物的信息；q.在外罩72內(nèi)結(jié)合控制鍵盤53，用來向系統(tǒng)中輸入信息；r.監(jiān)視器屏幕51和控制鍵盤53可以與系統(tǒng)相連，而不是將它們結(jié)合到外罩72中；s.系統(tǒng)具有控制鍵盤53，用來輸入命令和數(shù)據(jù)；t.監(jiān)視器屏幕51用來顯示系統(tǒng)操作和功能；u.用于顯示開、關(guān)和備用的狀態(tài)燈73位于鍵盤53和監(jiān)視器屏幕51的下方；v.在一種優(yōu)選實施方案中，在外罩72中結(jié)合狀態(tài)燈73，用來顯示有關(guān)生物廢物材料處理狀態(tài)的信息；w.在外罩72中結(jié)合空氣噴射器37，從而使空氣在陰極電解液表面下方引入到陰極電解液貯池31中；x.在外罩72中結(jié)合CO2排放口14，從而由罩在其內(nèi)的陽極電解液反應(yīng)室排放CO2；y.在一種優(yōu)選實施方案中，外罩包括用來清潔MEO廢物處理系統(tǒng)的裝置，包括沖洗18和排放12，陽極電解液和陰極電解液將通過這些裝置；z.該優(yōu)選實施方案進一步包括大氣排放口47，從而有助于氣體從陰極電解液貯池31排放到大氣中；aa.打開鉸鏈蓋1，并在室5內(nèi)的籃筐3中放置生物廢物；bb.蓋止動2保持蓋的開口受控；cc.鉸鏈蓋1配有鎖緊插銷76，而該插銷由控制器49操作；dd.在室5中是酸性、堿性或中性鹽電解質(zhì)和媒介物氧化形式的水溶液，其中媒介物氧化還原偶的氧化形式可以初始存在，或者可以在向電化學電池25加入廢物并應(yīng)用直流電源30后電化學產(chǎn)生；ee.當陽極電解液處于在室溫、操作溫度或某些最優(yōu)的中間溫度時，加入廢物；ff.直流電源30為電化學電池25提供直流電；gg.泵19循環(huán)電解液的陽極電解液部分，并且生物廢物材料在低于100℃的溫度和環(huán)境壓力下迅速氧化；hh.在線過濾器6阻止足夠大以致堵塞電化學電池25的流路的固體顆粒流出反應(yīng)室5；ii.殘余物被中和成鹽的形式，并且可以通過無機化合物脫除和處理系統(tǒng)15和排放出口12定期脫除；jj.可以通過引入到反應(yīng)室5和31的相同管道改變電解液；kk.陰極電解液貯池31具有螺紋蓋33(如圖1所示)，這使得維修人員可以進入貯池31進行清潔和維修；ll.作為一種選擇，MEO設(shè)備可以在向其中加入整個白天產(chǎn)生的生物廢物的條件下設(shè)置為備用模式，并且在非操作時間內(nèi)，使裝置處于完全運行狀態(tài)；mm.所述方法在低溫和環(huán)境大氣壓力下操作，并且在生物廢物的分解過程中不產(chǎn)生有毒的化合物，使得該方法具有室內(nèi)兼容性；
nn.所述系統(tǒng)是可以放大至足以代替醫(yī)院的焚燒爐系統(tǒng)的裝置；oo.將來自陽極電解液系統(tǒng)A的CO2氧化產(chǎn)物排放出CO2排放口14；以及pp.將來自陰極電解液系統(tǒng)B的尾氣產(chǎn)物通過圖示的大氣空氣排放口47排出。
18.第10段的設(shè)備，其中a.MEO設(shè)備包含在外罩72中；b.由操作員啟動控制鍵盤53上的“ON”按鈕(狀態(tài)銨鈕73)而起動81 MEO系統(tǒng)；c.包括微處理器的系統(tǒng)控制器49運行控制整個操作順序82的程序；d.監(jiān)視器屏幕51按適當順序顯示過程步驟；e.控制面板上的狀態(tài)燈73提供MEO設(shè)備的狀態(tài)(例如開、關(guān)、預備、備用)；f.打開蓋1，并以液體、固體或液體和固體混合物的形式向籃筐3中放入83生物廢物，然后保留廢物的固體部分，而其液體部分通過籃筐流入陽極電解液；g.在將廢物放入籃筐后，啟動鎖緊插銷76；h.啟動泵19和43，分別開始循環(huán)85陽極電解液87和陰極電解液89；i.當在整個系統(tǒng)中建立了電解液的循環(huán)后，混合器7和35開始操作91和93；j.根據(jù)廢物的特性(例如反應(yīng)動力學、反應(yīng)熱等)，有可能希望的是在只有很少或沒有為氧化劑形式的媒介物氧化還原偶的條件下，將廢物加入到室溫或較冷系統(tǒng)中；k.在流動已經(jīng)建立起來后，打開95/97熱控制裝置21、22、45和46，開始預定的陽極氧化和電解液加熱程序；l.對電化學電池25供電94(通過電池命令56)至由控制器程序確定的電位57和電流密度55；
m.通過應(yīng)用程序化的電源和電解液溫度攀升，有可能保持預定的廢物分解速率分布，例如當更具反應(yīng)性的廢物組分被氧化時，導致剩余廢物的反應(yīng)性越來越弱，因而需要越來越劇烈的氧化條件，從而保持相對恒定的反應(yīng)速率；n.如果在控制器程序中選擇了所述選項，則在陽極電解液反應(yīng)室5和陰極電解液貯池31中激活99和101超聲波9和48以及紫外線系統(tǒng)11；o.啟動103 CO2排放口14，從而在陽極電解液反應(yīng)室5中由生物廢物氧化過程釋放CO2；p.在陰極電解液系統(tǒng)中啟動105空氣噴射器37和大氣排放口47；q.在控制器中(氧化傳感器67)通過不同電池電壓和電流55、57(例如斷路、陽極對參比電極、離子專用電極等)監(jiān)控分解過程的進展，同時監(jiān)控CO2、CO和O2氣體65的組合物的CO2、CO和氧的含量；r.生物廢物分解成水和CO2，并且后者被排出103 CO2排放口14；s.空氣噴射器37向陰極電解液貯池31中引入空氣105，并且過量空氣排出大氣排放口47；t.當氧化傳感器67確定已經(jīng)達到所希望的廢物分解程度107時，系統(tǒng)進入備用狀態(tài)109；以及u.系統(tǒng)操作員利用控制器鍵盤53執(zhí)行系統(tǒng)停車111。
雖然已經(jīng)參考具體實施方案描述了本發(fā)明，但在不偏離本發(fā)明范圍的條件下可以對本發(fā)明進行改進和變化，而本發(fā)明范圍在如下的權(quán)利要求中定義。
表I簡單陰離子氧化還原偶媒介物
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表I-續(xù)表
表II在雜多陰離子復雜陰離子氧化還原偶媒介物中作為雜原子的元素
權(quán)利要求
1.一種處理和氧化生物廢物材料的方法，包括在電化學電池中放置電解液，用離子選擇性膜或半透膜將電解液分離成為陽極電解液部分和陰極電解液部分，在陽極電解液部分和陰極電解液部分之間施加直流電壓，在陽極電解液部分放置生物廢物材料，并在陽極電解液部分用介導式電化學氧化(MEO)方法氧化生物廢物材料，其中陽極電解液部分進一步包括在水溶液中作為媒介物的氧化物質(zhì)，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
2.權(quán)利要求1的方法，其中媒介物選自在表I中所描述的媒介物。
3.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)選自一種或多種在水溶液中含鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合作為附加原子的第I類復雜陰離子氧化還原偶同多陰離子媒介物。
4.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)選自一種或多種第I類雜多陰離子，其中所述第I類雜多陰離子通過在水溶液中作為雜原子向第I類同多陰離子中單獨或組合引入表II中所列的任何元素而形成。
5.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)選自一種或多種在水溶液中含有至少一種在表I和表II中所含的雜原子類元素的雜多陰離子。
6.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)選自在表I和表II中所述的陰離子氧化還原偶媒介物的組合，并且其中氧化還原偶的還原形式在電化學電池內(nèi)的陽極電解液部分被重新氧化。
7.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向電解液中加入催化劑添加劑，并因而對介導式電化學方法的動力學做出貢獻，同時保持添加劑不直接涉及生物廢物材料的氧化。
8.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向電解液中加入穩(wěn)定化合物，用來克服和穩(wěn)定媒介物的較高氧化態(tài)物質(zhì)的氧化形式的短壽命。
9.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)在表I中確定，并且其中每種物質(zhì)均具有正常價態(tài)和較高價的氧化態(tài)，并且進一步包括在電化學電池中通過從正常價態(tài)的物質(zhì)中剝離電子而產(chǎn)生氧化物質(zhì)的較高價的氧化態(tài)。
10.權(quán)利要求1的方法，其中氧化物質(zhì)為超氧化劑，而所述超氧化劑在1摩爾、25℃和pH值為1時顯示出至少1.7伏的氧化電位，并且所述超氧化劑為能夠產(chǎn)生羥基或過羥基自由基的氧化還原偶物質(zhì)，并且進一步包括使超氧化劑與水反應(yīng)而產(chǎn)生自由基二次氧化劑。
11.權(quán)利要求1的方法，進一步包括應(yīng)用堿性溶液來輔助由堿促進的脂肪酸酯水解即皂化得到的生物廢物材料的分解，并且在類似于通過將動物脂肪加入到熱堿水溶液中而由動物脂肪制備肥皂的方法中形成脂肪酸的水溶性堿金屬根和甘油。
12.權(quán)利要求1的方法，進一步包括應(yīng)用堿性陽極電解溶液吸收來自生物廢物材料氧化的CO2，并形成碳酸氫根/碳酸根溶液，隨后該溶液循環(huán)通過電化學電池，產(chǎn)生過碳酸根氧化劑。
13.權(quán)利要求1的方法，其中氧化試劑為超氧化劑，并且進一步包括在水溶液中由碳酸根、重氮化物、亞硝酸根、硝酸根、亞磷酸根、磷酸根、亞硫酸根、硫酸根、亞硒酸根、硫氰酸根、氯化物、溴化物、碘化物和甲酸根的氧化物質(zhì)產(chǎn)生無機自由基。
14.權(quán)利要求1的方法，其中所述膜為微孔塑料、離子選擇性多孔陶瓷或燒結(jié)玻璃料。
15.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在直流電壓上施加交流電壓，從而延遲在電極上形成限制電池性能的表面膜。
16.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在陽極電解液中放置帶孔籃筐，并且將生物廢物材料保留在籃筐中。
17.權(quán)利要求1的方法，其中陰極電解液含有HNO3或NO3-根，并且進一步包括向陰極電解液部分加入氧。
18.權(quán)利要求1的方法，其中媒介物為在表I中描述的簡單陰離子、含有鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合作為附加原子的第I類同多陰離子、通過向上述同多陰離子中作為雜原子單獨或組合引入表II中所列的任何元素而形成的第I類雜多陰離子、或含有表I和表II中所含的至少一種雜原子類的雜多陰離子。
19.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在陽極電解液部分進入電化學電池之前調(diào)節(jié)溫度在0℃和陽極電解液部分的溫度之間，從而促進媒介物的氧化形式的產(chǎn)生，并且調(diào)節(jié)溫度在0℃和低于進入陽極電解液反應(yīng)室的陽極電解液部分的沸點溫度之間，從而在所希望的速率下實現(xiàn)所希望的化學反應(yīng)。
20.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向陽極電解液部分引入超聲波能，利用超聲波能瞬時升高細胞膜內(nèi)的局部溫度至幾千度以上致使細胞膜破裂，從而破裂生物廢物材料中的細胞膜。
21.權(quán)利要求1的方法，進一步包括向陽極電解液部分引入紫外線能，并在其中將過氧化氫和臭氧分解成為羥基自由基，從而在不消耗更多電子的條件下，通過將消耗電子的寄生反應(yīng)的產(chǎn)物即臭氧和過氧化氫轉(zhuǎn)化成為可用的自由基二次氧化劑而提高過程的效率。
22.權(quán)利要求1的方法，進一步包括當生物廢物材料或反應(yīng)產(chǎn)物為非水溶性的并且傾向于形成不能混溶的層時，向陽極電解液部分加入表面活性劑，用來促進生物廢物材料或中間階段反應(yīng)產(chǎn)物在水溶液內(nèi)的分散。
23.權(quán)利要求1的方法，進一步包括過溴酸根并且分解不銹鋼產(chǎn)品。
24.權(quán)利要求1的方法，進一步包括用氧化物質(zhì)侵蝕具體有機分子，同時在低溫下操作并且阻止形成二噁類化合物和呋喃。
25.權(quán)利要求1的方法，進一步包括將生物廢物材料分解成為有機化合物，并且應(yīng)用簡單和/或復雜陰離子氧化還原偶媒介物或無機自由基作為媒介物侵蝕有機化合物，并產(chǎn)生有機自由基。
26.權(quán)利要求1的方法，其中處理和氧化生物廢物材料包括處理和氧化動物廢物。
27.權(quán)利要求1的方法，進一步包括在電化學電池中通過剝離媒介物陰離子的電子而將正常價態(tài)的媒介物陰離子升高至較高價態(tài)，其中在媒介物中存在的較弱氧化還原偶的氧化形式通過類似的陽極氧化產(chǎn)生，或通過與所存在的較強氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而產(chǎn)生，并且氧化還原偶的氧化形式氧化生物廢物材料的分子，并且其自身轉(zhuǎn)化成為其還原形式，然后它們通過上述機理而被氧化從而繼續(xù)氧化還原循環(huán)。
28.一種處理和氧化生物廢物的方法，包括通過電化學電池在電解液中循環(huán)媒介物氧化物質(zhì)的陰離子，并使可逆氧化還原偶的還原形式陽極氧化成為氧化形式，并在一次氧化過程中，在電解液的陽極電解液部分中使陰離子與生物廢物接觸，其中包括超氧化劑陰離子，其在1摩爾、25℃和pH值為1時具有高于閾值1.7伏的氧化電位，包括自由基氧化劑驅(qū)動的二次氧化過程，由能源向陽極電解液部分添加能量，并強化二次氧化過程，在陽極電解液部分中將過氧化氫和臭氧分解成為羥基自由基，并加強所述二次氧化過程的氧化效果。
29.權(quán)利要求28的方法，其中添加能量包括用紫外線能照射陽極電解液部分。
30.權(quán)利要求28的方法，其中添加能量包括向陽極電解液部分引入超聲波能源，照射生物廢物中的細胞膜，瞬時升高細胞膜內(nèi)的局部溫度，致使細胞膜破裂，從而導致細胞內(nèi)容物更大程度地暴露于陽極電解液部分中的氧化物質(zhì)。
31.權(quán)利要求28的方法，其中媒介物氧化物質(zhì)為表I中描述的簡單陰離子氧化還原偶媒介物；由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I類同多陰離子；通過向同多陰離子中單獨或組合引入表II中所列的任何元素(雜原子)而形成的第I類雜多陰離子，或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類元素的雜多陰離子，或任何或所有這些類媒介物氧化物質(zhì)的組合。
32.權(quán)利要求28的方法，進一步包括使廢物-陽極電解液混合物循環(huán)通過電化學電池而應(yīng)用在所要分解的廢物中原位發(fā)現(xiàn)的氧化劑物質(zhì)來分解生物廢物材料，其中原位可逆氧化還原偶的氧化形式通過陽極氧化形成，或通過與一種更強的氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)而形成，而所述更強的氧化還原偶被加入到陽極電解液中，并在電化學電池中被陽極氧化。
33.權(quán)利要求28的方法，進一步包括與媒介物氧化物質(zhì)一起應(yīng)用選自NaOH或KOH及其組合物的堿性電解液，其中媒介物氧化還原偶的還原形式在所述電解液中具有足夠的溶解度，從而使生物廢物材料達到所希望的氧化。
34.權(quán)利要求28的方法，其中產(chǎn)生氫離子的媒介物氧化物質(zhì)和生物廢物分子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與電解液的pH值成反比，并因此通過選擇媒介物氧化還原偶提高電解液的pH值來降低所需的電位，從而減少分解單位質(zhì)量生物廢物所消耗的電能。
35.權(quán)利要求28的方法，其中電解液為選自酸、堿和中性電解液及其混合物的水溶液。
36.權(quán)利要求28的方法，其中添加能量包括應(yīng)用超聲波能和誘導微觀氣泡的膨脹和內(nèi)爆，從而減小在陽極電解液中分散的廢物體積的尺寸。
37.權(quán)利要求28的方法，進一步包括在不改變設(shè)備的前提下交換媒介物氧化物質(zhì)，并且其中電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
38.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化尸體廢物。
39.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化來自軍用船只、潛水艇、驅(qū)逐艦、巡洋艦和航空母艦的廢物。
40.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化來自商用船只、巡游船，油輪、貨船、漁船、娛樂艇和游艇的廢物。
41.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化獸醫(yī)行業(yè)的廢物。
42.權(quán)利要求28的方法，進一步包括用氫或水合氫離子滲透膜、微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料膜分離電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分。
43.權(quán)利要求28的方法，進一步包括在足夠的電位水平下對電化學電池供電，從而在陽極電解液中形成具有最高氧化電位的氧化還原偶的氧化形式，向陽極電解液部分引入生物廢物，通過與可氧化的分子接觸而形成一種或多種可逆氧化還原偶的還原形式，氧化可氧化材料的反應(yīng)伴隨著可逆氧化還原偶的氧化形式還原成為其還原形式，并且其中添加能量包括提供與陽極電解液相連的超聲波源，通過瞬時加熱電解液中的過氧化氫至1000大氣壓下的4800℃，從而將過氧化氫分解成為羥基自由基，因此加快氧化過程，進而強化二次氧化過程。
44.權(quán)利要求43的方法，進一步包括產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比。
45.權(quán)利要求28的方法，其中所述方法在溫度稍高于0℃至稍低于電解液沸點的條件下進行。
46.權(quán)利要求45的方法，其中所述方法的進行溫度是變化的。
47.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化固體廢物。
48.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化液體廢物。
49.權(quán)利要求28的方法，其中處理和氧化生物廢物包括處理和氧化液體和固體的組合物。
50.權(quán)利要求28的方法，進一步包括需要脫除和處理沉積物，所述沉積物為在生物廢物分解過程中由氧化物質(zhì)和從生物廢物中釋放的其它物質(zhì)組合形成的物質(zhì)。
51.權(quán)利要求28的方法，進一步包括電解液的陰極電解液部分，并且其中電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分相互之間獨立，并且包括酸、堿和中性根的水溶液。
52.權(quán)利要求28的方法，進一步包括用膜分離電解液的陰極電解液部分和陽極電解液部分，在膜上的電流密度大于0.5A/cm2的條件下操作電化學電池，并且該電流密度接近一個界限，超過該界限可能有少量金屬陰離子通過膜漏出，通過樹脂柱回收所述金屬陰離子，從而允許在陽極電解液部分有更快的材料分解速率。
53.權(quán)利要求28的方法，其中陰極電解溶液進一步包括水溶液，并且在溶液中的電解質(zhì)由酸、堿或強酸和強堿的中性根組成，并且進一步包括當在陰極電解液中存在HNO3或NO3-時向該溶液中加入氧，控制陰極電解液中電解質(zhì)的濃度，從而在電化學電池中保持所希望的陰極電解液部分的電導率，提供機械混合和/或超聲波能誘導的微觀氣泡和內(nèi)爆，從而在陰極電解溶液中劇烈混合而氧化亞硝酸和少量氮氧化物NOx，向陰極電解液部分引入空氣，用來促進亞硝酸和少量NOx的氧化，并在釋放空氣和氫之前稀釋在陰極電解液部分中產(chǎn)生的任何氫。
54.處理和氧化生物廢物材料的設(shè)備，包括電化學電池、放置于電化學電池中的含水電解液、氫或水合氫離子滲透膜或選擇性膜，所述膜設(shè)置在電化學電池中用來隔離電池為陽極電解液室和陰極電解液室，并且將電解液分離成為陽極電解液部分和陰極電解液部分，所述電極進一步包括分別設(shè)置在電化學電池的陽極電解液室和陰極電解液室中、并在電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分中的陽極和陰極，與陽極和陰極相連用于在電解液的陽極電解液部分和陰極電解液部分之間提供直流電壓的電源，并在陽極電解液部分用介導式電化學氧化方法(MEO)氧化生物廢物材料，其中陽極電解液部分進一步包括在水溶液中的媒介物，用來產(chǎn)生用作氧化物質(zhì)的可逆氧化還原偶，并且電解液為酸性、中性或堿性水溶液。
55.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括設(shè)置于陽極電解液室中用來接收生物廢物材料的帶孔籃筐。
56.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括加入電解液中的對介導式電化學方法的動力學有貢獻的添加劑，同時保持該添加劑不直接涉及生物廢物材料的氧化，還包括加入電解液中的穩(wěn)定劑化合物，用于穩(wěn)定在電解液中用作氧化物質(zhì)的可逆氧化還原偶的氧化形式的較高氧化態(tài)物質(zhì)。
57.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化劑物質(zhì)為在表I中描述的簡單陰離子氧化還原偶媒介物由Mo、W、V、Nb、Ta或其混合物形成的第I類同多陰離子，通過向同多陰離子中引入表II中所列的雜原子元素所形成的第I類雜多陰離子，或含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類元素的任何雜多陰離子，或任何或所有這些種類的媒介物質(zhì)的組合。
58.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)為超氧化劑，并且進一步包括使超氧化劑與含水陽極電解液反應(yīng)而產(chǎn)生在陽極電解液部分中的二次氧化劑。
59.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中陽極電解液部分包括堿性溶液，用來輔助生物廢物材料的分解，吸收CO2，形成堿金屬碳酸氫根/碳酸根循環(huán)通過電化學電池，并產(chǎn)生過碳酸根氧化劑。
60.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中陽極電解液部分進一步包括過溴酸根用來分解不銹鋼產(chǎn)品。
61.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中陽極電解液部分進一步包括在水溶液中產(chǎn)生無機自由基的超氧化劑，所述無機自由基來自碳酸根、重氮化物、亞硝酸根、硝酸根、亞磷酸根、磷酸根、亞硫酸根、硫酸根、亞硒酸根、硫氰酸根、氯化物、溴化物和碘化物物質(zhì)，以及在1摩爾、25℃和pH值為1時氧化電位超過閾值1.7伏的陰離子(即超氧化劑)，用來在二次氧化過程中產(chǎn)生氧化劑，并且有機自由基有助于過程進行，并將生物廢物材料分解成為更簡單的、分子結(jié)構(gòu)更小的有機化合物。
62.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括在陽極電解液室內(nèi)或附近的超聲波能源，用來產(chǎn)生微觀氣泡和內(nèi)爆，從而減小在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積的尺寸。
63.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中膜由微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料制成。
64.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括交流電源，用來向直流電壓上施加交流電壓，從而延遲在電極上形成限制電池性能的表面膜。
65.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括與陰極電解液貯池相連的空氣噴射器，從而利用空氣中所含的氧氧化亞硝酸和少量氮氧化物(NOx)，而所述亞硝酸和氮氧化物當HNO3或NO3-根在陰極電解液中存在時由陰極反應(yīng)產(chǎn)生。
66.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中每種氧化物質(zhì)均具有為氧化還原偶的還原形式的正常價態(tài)和為氧化物質(zhì)的氧化還原偶的較高價氧化態(tài)的氧化形式，所述較高價的氧化態(tài)通過在電化學電池中由正常價態(tài)物質(zhì)剝離和減少電子而形成。
67.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中陽極電解液部分為堿性溶液，并且產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比，其減少了分解生物廢物所需的電能。
68.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)侵蝕具體有機分子，同時在足夠低的溫度下操作，從而阻止形成二噁類化合物和呋喃。
69.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中電源在足夠的電位水平下對電化學電池供電，從而在陽極電解液中形成具有最高氧化電位的氧化還原偶的氧化形式，并且進一步包括與陽極電解液室相連的換熱器，用來在陽極電解液進入電化學電池之前，用換熱器控制溫度為0℃至稍低于陽極電解液的沸點溫度之間，從而促進陰離子氧化還原偶媒介物的氧化形式的產(chǎn)生，并且當其進入陽極電解液反應(yīng)室時，調(diào)節(jié)陽極電解液的溫度范圍為0℃至稍低于沸點溫度之間。
70.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)為一種或多種在水溶液中含鎢、鉬、釩、鈮、鉭或其組合作為附加原子的第I類同多陰離子復雜陰離子氧化還原偶媒介物。
71.權(quán)利要求70的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)為一種或多種第I類雜多陰離子，其中所述雜多陰離子通過向同多陰離子中作為雜原子單獨或組合引入表II中所列的元素而形成。
72.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)為一種或多種含有至少一種表I和表II中所含的雜原子類元素的雜多陰離子。
73.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中氧化物質(zhì)為分解生物廢物材料時原位發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)的較高價態(tài)。
74.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中生物廢物材料為醫(yī)藥生產(chǎn)過程的廢物廢料、廢棄醫(yī)藥品、動物廢物、尸體廢物、來自軍用船只或商用船只的廢物、或來自獸醫(yī)行業(yè)的廢物、醫(yī)用廢物、傳染性廢物、病原性廢物或衛(wèi)生廢物。
75.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中膜為氫或水合氫離子半透膜或離子選擇性膜、微孔聚合物、多孔陶瓷或玻璃料膜，用來分離陽極電解液部分和陰極電解液部分，同時允許氫離子或水合氫離子通過從陽極電解液進入陰極電解液。
76.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中產(chǎn)生氫離子的氧化還原反應(yīng)的氧化電位與pH值成反比，生物廢物為液體或固體或液體和固體的組合物，并且在不改變設(shè)備其它元件的前提下，氧化物質(zhì)是可以交換的。
77.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括與陽極電解液室相連的紫外線源，用來將過氧化氫和臭氧分解成為作為二次氧化劑的羥基自由基，并通過在陽極電解液室中用二次氧化劑進行生物廢物材料的氧化而回收能量，從而提高過程的效率。
78.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括與陽極電解液相連的超聲波源，用來通過加熱含過氧化氫的電解液至1000大氣壓下的4800℃而將過氧化氫分解成為羥基自由基，并因而提高氧化物質(zhì)的濃度和廢物分解的速率，以及用來照射生物材料中的細胞膜從而瞬時升高細胞膜內(nèi)的溫度至幾千度以上，致使細胞膜破裂，并致使細胞內(nèi)容物更大程度地暴露于陽極電解液中的氧化物質(zhì)，從而強化二次氧化過程。
79.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括應(yīng)用超聲波能，通過超聲波能源與陽極電解液的交流來誘導微觀氣泡內(nèi)爆，從而減小在陽極電解液中分散的各二次相廢物體積的尺寸。
80.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括容納大部分陽極電解液和帶孔籃筐的陽極電解液反應(yīng)室，并且進一步包括與反應(yīng)室相連的外部CO2排放口，用來將CO2釋放入大氣中，與反應(yīng)室相連的鉸鏈蓋，允許作為液體、固體或液體和固體的混合物而將廢物加入到陽極電解液部分中，與反應(yīng)室相連的陽極電解液泵，與陽極電解液泵相連的無機化合物脫除和處理系統(tǒng)，用來脫除氯化物以及在所處理的生物廢物中存在的其它形成沉積物的陰離子，從而排除不穩(wěn)定的含氧化合物的形成。
81.權(quán)利要求80的設(shè)備，進一步包括尾氣清潔系統(tǒng)，所述尾氣清潔系統(tǒng)包括與排放口相連的洗滌器/吸收塔，與陽極電解液反應(yīng)室相連的冷凝器，從而使不凝性的未完全氧化的產(chǎn)物、低分子量有機物和一氧化碳通過氣體清潔系統(tǒng)減少到大氣排放可以接受的水平，并且其中使陽極電解液尾氣在氣體凈化系統(tǒng)中接觸，其中將來自冷凝器的不凝物通過流量分配系統(tǒng)引入到氣體清潔系統(tǒng)的下部，并將直接來自電化學電池的一小股新氧化的陽極電解液側(cè)線物流引入到塔的上部，致使當氣體沿塔上升通過向下流的陽極電解液時，氣相連續(xù)地與氧化媒介物質(zhì)反應(yīng)，以及一個外部排放口，用于向有機化合物脫除系統(tǒng)和無機化合物脫除和處理系統(tǒng)排放，并且用于排放陽極電解液系統(tǒng)，其中應(yīng)用有機化合物回收系統(tǒng)來回收良性的并且不需要進一步處理的生物材料，并且回收將以其已經(jīng)被還原的形式應(yīng)用的生物材料。
82.權(quán)利要求80的設(shè)備，進一步包括相連的熱控制裝置，用來當陽極電解液通過膜的陽極室一側(cè)的泵循環(huán)通過電化學電池而進入反應(yīng)室時，加熱或冷卻陽極電解液至選定的溫度范圍，用來沖洗陽極電解液的沖洗口，和一個位于反應(yīng)室底部用來限制流出固體顆粒的粒度為大約1mm直徑的過濾器。
83.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中用于電化學電池的直流電由直流電源提供，而該直流電源由交流電源驅(qū)動，并且其中直流電源為低電壓高電流的電源，在低于10V直流電壓下操作，而交流電源對于較小的裝置在約110v的交流線以下操作，而對較大的裝置在約240v的交流電壓下操作。
84.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括電解液容器邊緣，該邊緣由耐受氧化性電解液的材料組成，這些材料選自不銹鋼、PTFE、PTFE襯里管、玻璃和陶瓷及其組合。
85.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括與陰極電解液泵相連的陽極電解液回收系統(tǒng)，與電化學電池陰極部分相連的陰極電解液貯池，與陰極電解液貯池相連用于改變陰極電解液部分溫度的熱控制裝置，陰極電解液部分的主體存在于陰極電解液貯池中，其中電解液的陰極電解液部分流入陰極電解液貯池，并且進一步包括與陰極電解液貯池相連的空氣噴射器，用來向陰極電解液貯池中引入空氣。
86.權(quán)利要求85的設(shè)備，進一步包括陽極電解液回收系統(tǒng)，用于捕獲陰離子，并在由陰極電解液電解質(zhì)收集后將陰離子重新引入陽極電解液室，與陰極電解液貯池相連的尾氣清潔系統(tǒng)，用于在釋放到大氣之前清潔氣體，以及與尾氣清潔系統(tǒng)相連的大氣排放口，用于將氣體釋放入大氣中，其中來自尾氣清潔系統(tǒng)的清潔氣體與引入到系統(tǒng)的空氣的未反應(yīng)組分混合，并通過大氣排放口47排放。
87.權(quán)利要求85的設(shè)備，進一步包括在陰極電解液貯池上的螺紋蓋，從而有利于沖洗陰極電解液貯池，與陰極電解液貯池相連的混合器，用于攪拌陰極電解液，與陰極電解液貯池相連用于使陰極電解液循環(huán)回到電化學電池的陰極電解液泵，用于排放陰極電解液的排放口，用于沖洗陰極電解液系統(tǒng)的沖洗口，以及與外罩相連用于向陰極電解液貯池引入空氣的空氣噴射器，其中電解液的陰極電解液部分利用泵在膜的陰極側(cè)循環(huán)通過電化學電池，并且其中利用機械和/或超聲波混合促進氣/液接觸而強化氧化氣體與電解液的陰極電解液部分的接觸。
88.權(quán)利要求54的設(shè)備，其中電化學電池在高于約0.5A/cm2的高膜電流密度下操作，從而提高廢物分解速率，同時導致更多的媒介物離子輸送通過膜進入陰極電解液，并且進一步包括位于陰極電解液一側(cè)的陽極電解液回收系統(tǒng)，位于陰極電解液一側(cè)的空氣噴射器用來稀釋和脫除尾氣與氫，其中部分媒介物氧化劑離子通過膜并通過陽極電解液回收系統(tǒng)脫除，從而保持過程效率或電池的可操作性。
89.權(quán)利要求54的設(shè)備，進一步包括與電池相連的控制器、微處理器、監(jiān)視器和鍵盤，用來針對在監(jiān)視器上顯示的信息通過鍵盤向控制器輸入命令，控制器中的程序?qū)υO(shè)備操作步驟排序，所述程序具有預先程序化的操作順序，操作員可以遵循這一操作順序，也可以選擇其它操作順序，控制器允許操作員在確保安全和可靠操作的限度內(nèi)選擇順序，控制器輸送數(shù)字命令來調(diào)節(jié)泵、混合器、熱控制器、紫外線源、超聲波源、CO2排放、空氣噴射器和電化學電池的電能，控制器接收來自組件的組件響應(yīng)和狀態(tài)，控制器為傳感器輸送數(shù)字命令，從而通過傳感器的響應(yīng)獲取傳感器的信息，設(shè)備內(nèi)的傳感器提供有關(guān)組件狀態(tài)的數(shù)字信息，傳感器測量流率、溫度、pH值、CO2排放、氧化程度和空氣噴射，控制器接收電化學電池或多池構(gòu)造中各池的電位的狀態(tài)信息，還接收陽極和電池內(nèi)參比電極間的電位信息、以及在每個電池內(nèi)電極間流動的電流信息。
90.一個生物廢物分解系統(tǒng)，包括由金屬或高強度塑料構(gòu)造的包圍電化學電池的外罩，所述電化學電池裝有電解液和帶孔籃筐，帶有電源線的交流電源，與交流電源相連的直流電源，所述直流電源為電化學電池提供直流電，用于輸入命令和數(shù)據(jù)的控制鍵盤，顯示系統(tǒng)操作和功能的監(jiān)視器屏幕，帶有籃筐的陽極電解液反應(yīng)室，用于顯示生物廢物材料處理狀態(tài)信息的狀態(tài)燈，用于在陰極電解液表面以下向陰極電解液貯池引入空氣的空氣噴射器，結(jié)合在外罩內(nèi)用于從陽極電解液反應(yīng)室釋放CO2的CO2排放口，有利于從陰極電解液貯池向大氣釋放氣體的大氣排放口，用于打開并向陽極電解液反應(yīng)室中的籃筐中放置生物廢物的鉸鏈蓋，與鉸鏈蓋相連的鎖緊插銷，以及在陽極電解液反應(yīng)室中的酸性、堿性或中性根電解質(zhì)和媒介物氧化劑物質(zhì)的水溶液，其中媒介物氧化還原偶的氧化形式可以最初存在于所述溶液中，也可以在向電化學電池中引入廢物并施加直流電后通過電化學過程產(chǎn)生。
91.權(quán)利要求90的系統(tǒng)，其中當陽極電解液為室溫、操作溫度或中間溫度時引入廢物，并且生物廢物材料在環(huán)境壓力下在低于陽極電解液沸點的溫度下迅速氧化，并且進一步包括使電解液的陽極電解液部分循環(huán)的泵，防止足夠大以致堵塞電化學電池流路的固體顆粒流出反應(yīng)室的在線過濾器，無機化合物脫除和處理系統(tǒng)以及與陽極電解液反應(yīng)室相連的排放出口，從而將殘余物中和成根的形式并且可以定期脫除，以及與陰極電解液貯池相連的可拆卸頂蓋，從而允許進入貯池進行清潔和維修。
92.一種生物廢物氧化方法，包括操作員啟動控制鍵盤上的“ON”按鈕，包括微處理器的系統(tǒng)控制器運行程序并控制操作順序，按適當順序顯示過程步驟的監(jiān)視器屏幕，控制面板上提供過程狀態(tài)的狀態(tài)燈，打開蓋并在籃筐中放入為液體、固體或液體和固體混合物的生物廢物，保留廢物的固體部分，并使其液體部分通過籃筐流入陽極電解液反應(yīng)室，將廢物放置于籃筐中后啟動鎖緊插銷，啟動泵而開始循環(huán)陽極電解液和陰極電解液，當已經(jīng)在整個系統(tǒng)中建立循環(huán)后，操作混合器，當形成流動后，打開熱控制裝置，并啟動陽極氧化和電解液加熱程序，為電化學電池施加由控制器程序確定的電壓和電流密度，應(yīng)用程序化的電能和電解液溫度攀升，從而當反應(yīng)性更強的廢物組分氧化，導致剩余廢物的反應(yīng)性越來越弱，因而需要越來越劇烈的氧化條件時，也能保持預定的廢物分解速率分布為相對恒定的反應(yīng)速率，啟動陽極電解液反應(yīng)室和陰極電解液貯池中的超聲波和紫外線系統(tǒng)，由陽極電解液反應(yīng)室中的生物廢物氧化過程排放CO2，啟用陰極電解液系統(tǒng)中的空氣噴射器和大氣排放口，在控制器中通過電池電壓和電流監(jiān)控過程的進展，監(jiān)控CO2、CO和O2氣組合物的CO2、CO和氧的含量，將生物廢物分解成為水和CO2，而后者排出CO2排放口，空氣噴射器向陰極電解液貯池中引入空氣，將過量空氣排出大氣排放口，用氧化傳感器確定已達到所希望的廢物分解程度，設(shè)置系統(tǒng)為備用狀態(tài)，系統(tǒng)操作員應(yīng)用控制器鍵盤執(zhí)行系統(tǒng)停車。
93.權(quán)利要求92的方法，進一步包括在白天設(shè)置系統(tǒng)處于備用模式，并向其中加入在整個白天產(chǎn)生的生物廢物，在非操作時間內(nèi)設(shè)置系統(tǒng)處于完全運行狀態(tài)，在低溫和大氣壓力下操作系統(tǒng)，并且在生物廢物分解過程中不會產(chǎn)生有毒化合物，使該方法具有室內(nèi)兼容性，縮放系統(tǒng)從而可以使裝置足夠小而用于私人從業(yè)者，也可以使裝置足夠大從而代替醫(yī)院的焚燒爐，通過CO2排放口由陽極電解液系統(tǒng)排放CO2氧化產(chǎn)物，并且通過大氣排放口從陰極電解液貯池排放尾氣產(chǎn)物。
94.權(quán)利要求92的方法，進一步包括根據(jù)反應(yīng)動力學、反應(yīng)熱和類似的廢物特性，在只有很少或沒有為氧化形式的媒介物氧化還原偶的情況下，將廢物引入到室溫或更冷的系統(tǒng)中。
全文摘要
介導式電化學氧化用來處理、氧化和分解生物廢物、醫(yī)用廢物、傳染性廢物、病原性廢物、動物廢物、衛(wèi)生廢物、尸體廢物、船只廢物、獸醫(yī)廢物、醫(yī)藥廢物及組合廢物。電解液含有在陽極室(25)中產(chǎn)生的可逆氧化還原偶的氧化形式。氧化還原偶的氧化形式通過陽極氧化(25)產(chǎn)生或者通過與其它氧化還原偶的氧化形式反應(yīng)產(chǎn)生。氧化還原偶的氧化形式氧化生物廢物分子，并被還原和重新氧化。氧化還原循環(huán)持續(xù)進行，直到所有的可氧化廢物和中間反應(yīng)產(chǎn)物都被氧化。溫度為環(huán)境溫度至1000℃之間，從而避免形成二噁類化合物或呋喃。
文檔編號A61L11/00GK1512967SQ02810778
公開日2004年7月14日 申請日期2002年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月24日
發(fā)明者R·W·卡森, B·W·布雷默, R W 卡森, 布雷默 申請人:C&M集團有限責任公司