本发明涉及生物质废弃物厌氧处理技术领域，具体涉及一种可处理非流态原料(特别是成分混杂的生活垃圾等)的连续式干法厌氧反应器。
背景技术：
厌氧发酵技术是生物质废弃物处理与资源化利用的有效途径，干法厌氧发酵相对于湿法的主要优势在于原料适应性广、容积产气率高、沼液产生量少，近年来已逐渐成为研究和应用的热点。干法厌氧发酵的工艺类型可分为连续式和间歇式两大类，连续式干法厌氧发酵又分为连续搅拌和推流两种类型，间歇式干法厌氧发酵可分为批次和序批式两种类型。
目前，国内外干法厌氧工程化应用的主要是以覆膜式和车库式为代表的间歇式干发酵，其每个发酵周期结束后，都要将大量的废气排空并重新启动，造成环境污染；同时，由于其不连续、占地大、物料不易扰动(传质传热较差)、操作步骤繁琐等本质问题的存在，限制了其产业化推广。
对于连续式干法厌氧发酵，欧洲一些发达国家进行了研究和应用，最具代表性的是比利时ows公司的dranco干发酵工艺、法国valorgainternationals.a.s公司的valorga干发酵工艺、瑞典的kompogas公司的kompogasbrv等。然而，国外的连续式干法厌氧技术和设备处理的主要是农业作物和分类较好的生活有机废弃物，是成分单一且经过均质化处理后具有一定流动性的半干物料，对于我国成分混杂的非流态物料并不适用。
目前，我国针对非流态生物质废弃物，尤其是成分混杂的生活垃圾等废弃物，无害化、减量化、资源化的需求越来越迫切，因此，对连续式干法厌氧反应器的进一步开发也就越来越迫切。
技术实现要素：
本发明的目的在于弥补现有技术的不足，提供一种可处理非流态原料的连续式干法厌氧反应器，实现对进入厌氧系统固体生物质废弃物最大程度的包容性和连续处理。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种可处理非流态原料的连续式干法厌氧反应器，该反应器为一具有进料口的密封罐体，包括反应器主体和反应器顶盖，反应器内部分为发酵段和固液分离出料段；
所述发酵段包括从上往下固定在反应器主体内的m层承料层板，m≥2，每层承料层板的上方空间用n个推料板等分成n-1个发酵区块和1个原料下落口，n≥2，原料下落口为承料层板留空的位置，沿反应器主体中轴线设有一贯穿所有承料层板的驱动轴，推料板固定在该驱动轴上，该驱动轴伸出反应器与一驱动电机相连，用于向驱动轴提供动力带动推料板按设定频率转动，每次转动角度为360°/n；
各承料层板的原料下落口的位置通过如下方式设置：最上层承料层板的原料下落口为进料口下方对应发酵区块位置逆着驱动轴转动方向转动360°/n的位置，下面每层承料层板原料下落口的位置较上一层承料层板原料下落口逆着驱动轴转动方向转动360°/n布置；
所述固液分离出料段位于发酵段最底层承料层板的下方，用于接收由发酵段落下的物料并将其固液分离和固渣出料。
进一步地，所述固液分离出料段设置有带滤孔导料板、螺旋出料器和沼液储箱；所述带滤孔导料板呈扇形或漏斗形，倾斜向下设置在最下层承料层板原料下落口的正下方；所述沼液储箱位于反应器主体最下部；
所述螺旋出料器包括接料口、用于输送物料的输送螺旋、滤液板、出料口和出料口密封器，接料口与带滤孔导料板下端相连，滤液板设置在螺旋出料器高于沼液储箱液面的外壁上，出料口伸出反应器主体外，其位置高于接料口。
进一步地，所述反应器顶盖、承料层板和推料板均为双层带中空夹层结构，所述驱动轴为中空结构，反应器顶盖设有反应器顶盖中空夹层，承料层板设有承料层板中空夹层，推料板设有推料板中空夹层，驱动轴设有驱动轴中空层，推料板中空夹层与驱动轴中空层连通，反应器顶盖上分布有喷液孔，承料层板上分布有承料层板通孔，推料板上分布有推料板通孔；
所述反应器还配设有喷淋渗滤系统，其包括泵、喷淋供液管、喷淋供液支管和喷淋回液管，泵安装在喷淋供液管上，喷淋供液管一端与沼液储箱相连，另一端分别通过各喷淋供液支管与反应器顶盖中空夹层和各承料层板中空夹层相连，喷淋供液管的另一端还与驱动轴中空层的底端相连，驱动轴中空层的顶端通过喷淋回液管与沼液储箱相连。
本发明的创新之处在于反应器结构的区格化分段分层式设计、物料在反应器内的运动形式和全方位的循环喷淋方式，实现非流态物料在反应器内的高效流转和处理，在较大程度上解决了干发酵系统传质传热差的根本性问题，极大地提高了厌氧处理技术对原料的包容性。
作为本发明的一种改进，所述承料层板通孔为直径3-10mm的圆孔，或为长度10-100mm、宽度3-10mm的腰型孔；所述推料板通孔为直径3-10mm的圆孔，或长度10-50mm、宽度3-10mm的腰型孔；所述带滤孔导料板和滤液板上分布有滤孔，该滤孔为直径3-10mm的圆孔，或为长度10-100mm、宽度3-10mm的腰型孔。
进一步地，所述承料层板通孔为直径5-8mm的圆孔，或为长度10-100mm、宽度5-8mm的腰型孔；所述推料板通孔为直径4-6mm的圆孔，或长度10-50mm、宽度4-6mm的腰型孔；所述带滤孔导料板和滤液板上分布有滤孔，该滤孔为直径5-8mm的圆孔，或为长度10-100mm、宽度5-8mm的腰型孔。
作为本发明的一种改进，所述螺旋出料器中心轴与水平面的夹角为15-75°。
进一步地，所述螺旋出料器中心轴与水平面的夹角为45-60°。
作为本发明的一种改进，所述沼液储箱还设置有液位传感器。用于监测和控制沼液储箱中的液位，当液位超过规定位置时，利用管道排出部分沼液。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用区格化分段分层式设计，首先是将反应器整体分为发酵段和固液分离出料段2大功能区，然后根据待处理物料在反应器内的停留时间(hrt)，利用承料层板和推料板将发酵段分为若干发酵区块，每批进料填充一个发酵区块，在机械力和重力的作用下，结合发酵段的特殊结构，使物料依次逐步向下运动，从而实现非流态物料在反应器内的高效流转和处理，同时在物料从上层到下层承料层板的下落过程中，形成翻转和扰动，结合来自承料层板和推料板的包围式全方位沼液循环喷淋，在较大程度上解决了干发酵系统传质传热差的根本性问题。
附图说明
图1是本发明反应器的整体结构图；
图2是本发明反应器发酵段的结构图；
图3是本发明反应器发酵段结构分解及物料运动路径的示意图；
图4是本发明承料层板和推料板的结构示意图；
图5是本发明反应器喷淋渗滤系统的沼液循环流向图；
附图标记说明：q1-发酵段；q2-固液分离出料段；q3-喷淋渗滤系统；1-反应器主体；2-反应器顶盖；2a-反应器顶盖中空夹层；3-进料口；4-推料板；4a-推料板中空夹层；5-固定件；6-承料层板；6a-承料层板中空夹层；7-原料下落口；8-推料板通孔；9-承料层板通孔；10-带滤孔导料板；11-螺旋出料器；12-接料口；13-输送螺旋；14-滤液板；15-出料口；16-出料口密封器；17-沼液储箱；18-液位传感器；19-泵；20-喷淋供液管；21-喷淋供液支管；22-喷淋回液管；23-驱动电机；24-驱动轴；24a-驱动轴中空层；d1、d2、……d[(n-1)*m]-发酵区块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例：
如图1至图5所示，一种可处理非流态原料的连续式干法厌氧反应器，包括反应器主体1和反应器顶盖2，二者围合构成一密闭的内部空间，反应器顶盖2上设置有进料口3，反应器顶盖2避开进料口3的区域为双层带中空夹层结构，反应器顶盖2内层均布有与其内的反应器顶盖中空夹层2a相通的喷液孔。反应器内部分为发酵段q1和固液分离出料段q2两大功能区，配套喷淋渗滤系统q3实现对反应器内物料的循环喷淋接种。
发酵段q1设置m层承料层板6，每层承料层板6的上方空间用n个推料板4分割成n-1个发酵区块和1个原料下落口7；沿反应器主体1中轴线贯穿发酵段q1设一驱动轴24，驱动轴24上部伸出反应器顶盖2与驱动电机23相连，为驱动轴24提供转动动力，驱动轴24为中空结构，其内部为驱动轴中空层24a。
承料层板6从上至下水平等层距分层固定在反应器主体1内壁上，不随驱动轴24转动，是承载厌氧处理物料的平台。每块承料层板6均为双层带中空夹层结构，其内的承料层板中空夹层6a的作用是便于喷淋用的沼液在其中流通。承料层板6上分布有承料层板通孔9，其为圆孔(直径φ取3-10mm，优选5-8mm)或腰型孔(根据实际工艺要求，长度l取10-100mm；宽度w取3-10mm，优选5-8mm)，为最大程度避免堵塞，承料层板通孔9优选腰型孔。
推料板4由固定件5固定在驱动轴24上，所有推料板4随驱动轴24共同转动，每次转360°/n(n为匹配每层承料层板6的推料板4的数量)，转动频率r根据进料频率确定，优选1天或0.5天。每块推料板4均为双层带中空夹层结构，其内的推料板中空夹层4a与驱动轴中空层24a连通，作用是便于喷淋用的沼液在其中流通。推料板4上分布有推料板通孔8，其为圆孔(直径φ取3-10mm，优选4-6mm)或腰型孔(根据实际工艺要求，长度l取10-50mm；宽度w取3-10mm，优选4-6mm)。
发酵区块和原料下落口7位于每两层承料层板6(首层承料层板6与反应器顶盖2)之间的空间，由n块推料板4将这个空间平均分为n份，其中有1份是原料下落口7(原料下落口对应的承料层板6位置为空，即对物料无承托，从而使物料能够下落至下一层承料层板6)，其余n-1份是发酵区块。每批由进料口3进入反应器的物料，将填充进料口3下方对应的发酵区块d1，推料板4同步于驱动轴24的转动频率(进料频率)r，每r(天)将每个发酵区块的物料沿转动方向推360°/n进入下一个发酵区块，即每批进入反应器的物料在每层承料层板6上停留[(n-1)*r](天)，每批物料在每层承料层板6的第n*r(天)，将会被推料板4推至该层承料层板6的原料下落口7，下落至下一层承料层板6的发酵区块。为保证每批物料在每层承料层板6上的停留时间均为[(n-1)*r](天)，原料下落口7的位置布局应满足的条件为：最上层承料层板6的原料下落口7为进料口3下方对应发酵区块d1位置逆着驱动轴24转动方向转动360°/n的位置，下面每层承料层板6的原料下落口7的位置较上一层承料层板6的原料下落口7逆着驱动轴24转动方向转动360°/n布置。因此，物料在本反应器内的厌氧处理时间均可保证为[(n-1)*r*m](天)，n为匹配每层承料层板的推料板数，r为推料层板的转动频率，m为承料层板总数，具体工艺参数根据实际情况确定(如果n＝4、r＝1、m＝10，则每批进入本发明反应器的物料在发酵段q1的停留时间均为(4-1)*1*10＝30天)。
固液分离出料段q2承接在发酵段q1最下方一层承料层板6的正下方，其作用是接收由发酵段q1落下的已厌氧处理完成的物料并将其固液分离和固渣出料，其主要由带滤孔导料板10、螺旋出料器11和沼液储箱17组成。
带滤孔导料板10是一个对应最下一层承料层板6原料下落口7的呈扇形或漏斗状的部件，起到承接发酵段落料和初步固液分离的作用。带滤孔导料板10上端固定在发酵段正下方的反应器主体1内壁上，然后整体向斜下方延伸，连接螺旋出料器11的接料口12，带滤孔导料板10的壁面上分布有滤孔，滤孔为圆孔(直径φ取3-10mm，优选5-8mm)或腰型孔(根据实际工艺要求，长度l取10-100mm；宽度w取3-10mm，优选5-8mm)，为最大程度避免堵塞，滤孔优选腰型孔。
螺旋出料器11主要由接料口12、输送螺旋13、滤液板14、出料口15和出料口密封器16组成。为有利于固液分离，螺旋出料器11的接料口12朝下、出料口15朝上倾斜放置，倾斜角度15-75°，优选45-60°，出料口15伸出反应器主体1外。由带滤孔导料板10滑下来的物料通过接料口12进入螺旋出料器11内，输送螺旋13转动将物料向前(斜向上)输送，螺旋出料器11靠近出料口15端的壁上(反应器内)布置有滤液板14，滤液板14上分布有滤孔，滤孔为圆孔(直径
发酵段q1的落料由带滤孔导料板10下滑至螺旋出料器11，物料中的液体成分在下滑过程中由带滤孔导料板10上的滤孔渗滤至沼液储箱17中，实现初步固液分离；带滤孔导料板10下部连接螺旋出料器11的接料口12，由接料口12进入螺旋出料器11的物料由输送螺旋13送出反应器，在输送过程中，物料经过布置在螺旋出料器11底部的滤液板14，在离心力、重力、机械挤压力的三重作用下，物料中的液体成分(沼液)通过滤液板14上的滤孔滤出，形成对物料的二次固液分离，最后固渣通过出料口15排出反应器。
沼液储箱17位于本发明反应器的最下方，也是固液分离出料段q1的最下方位置，主要包括沼液储箱17和液位传感器18，起到承接渗滤沼液并暂存和为喷淋渗滤系统q3提供沼液来源的作用。由于发酵和固液分离后的出料比进料的含水率低，故每批进料比出料多出的水分会通过渗滤进入沼液储箱17，液位传感器18用于监测和控制沼液储箱17中的液位，当液位超过规定位置时，利用管道排出部分沼液。
喷淋渗滤系统q3主要由沼液储箱17、泵19、喷淋供液管20、喷淋供液支管21、喷淋回液管22、推料板中空夹层4a、推料板通孔8、承料层板中空夹层6a、层板通孔9、反应器顶盖中空夹层2a、驱动轴中空层24a等组成，能够实现沼液通过反应器顶盖2、承料层板6和推料板4向发酵段q1的物料进行包围式全方位喷淋，其作用是使富含菌种的沼液在反应器内部循环，使沼液与物料进行充分接触，促进物料的传质传热和易腐有机质的降解。
泵19是整套喷淋渗滤系统q3的驱动装置，为沼液的流动和喷淋提供动力。喷淋供液管20，是喷淋渗滤系统q3的“动脉”，由泵19输出的沼液经过喷淋供液管20往反应器的发酵段q1输送。
喷淋供液管20分两条线路向反应器的发酵段q1供应沼液，实现两种方式喷淋：
一种喷淋方式是推料板4喷淋路线，由喷淋供液管20向驱动轴中空层24a底端供应沼液，沼液充满驱动轴中空层24a并向上充灌，推料板中空夹层4a与驱动轴中空层24a相连通，在沼液充灌驱动轴中空层24a的过程中，同时流入推料板中空夹层4a，通过推料板通孔8喷出，形成对位于承料层板6上物料的喷淋接种；灌满驱动轴中空层24a的沼液溢流进入连通驱动轴中空层24a上部的喷淋回液管22内，由喷淋回液管22流回沼液储箱17。
另一种喷淋方式是承料层板6喷淋路线，由喷淋供液管20分出(m+1)组支管(m为承料层板6总数)，分别向承料层板中空夹层6a和反应器顶盖中空夹层2a供应沼液，通过承料层板通孔9和反应器顶盖2的喷液孔喷出，形成对发酵段物料的喷淋接种；所有喷淋液在与发酵段物料接触后，由于重力作用向下渗流，并通过承料层板通孔9，最终返回沼液储箱。
本实施例的连续式干法厌氧反应器，其运行过程如下：
待处理物料由位于反应器顶盖2上的进料口3进入反应器，落至第1层的承料层板6上，填充进料口3下方对应的发酵区块d1，所有推料板4同步于驱动轴24的转动频率(进料频率)r同时转动，每r(天)将每块发酵区块的物料沿转动方向推360°/n，进入下一个发酵区块，即每批进入反应器的物料在每层承料层板6上停留[(n-1)*r](天)，每批物料在每层承料层板6的第n*r(天)，将会被推料板4推至该层承料层板6的原料下落口7，下落至下一层承料层板6的发酵区块。因此，d2-d[(n-1)*m]发酵区块依次对应之前进入反应器的各批物料。
位于最下一层承料层板6的d[(n-1)*m]发酵区块的物料已经在反应器发酵段q1停留了(n-1)*r*m天，随着推料板4的转动，该部分物料进入临近原料下落口7，落至承接在下方的带滤孔导料板10上，从而进入固液分离出料段q2。物料通过带滤孔导料板10滑至螺旋出料器11的接料口12，进入螺旋出料器11中，进入螺旋出料器11中的物料由输送螺旋13送出反应器，送出时，位于出料口15的出料口密封器16打开，每批物料送出反应器后，出料口密封器16关闭。出料口密封器16的具体构造为现有技术，此处不再赘述。
固液分离出料段q2的固液分离功能是分两段实现的：物料在带滤孔导料板10向接料口12的下滑过程中，其中的液体成分由带滤孔导料板10上的滤孔渗滤至下方的沼液储箱17中，实现初步固液分离；经过初步固液分离的物料进入螺旋出料器11，在由输送螺旋13向斜上向外输送的过程中，经过布置在螺旋出料器11底部的滤液板14区域，滤液板14上分布有滤孔，物料由输送螺旋13推动经过滤液板14时，在离心力、重力、机械挤压力的三重作用下，其中的液体成分通过滤液板14上的滤孔滤出，同样渗滤至下方的沼液储箱17中，形成对物料的二次固液分离。
通过上述步骤完成本发明反应器对于物料的“进料-停留-流转-固液分离-出料”的全过程。
本发明反应器循环利用沼液对内部物料进行喷淋接种，实现混于沼液中的易腐有机质的最大程度降解、物料与沼液的充分接触以及最大程度减少沼液的排出量，并促进和优化发酵系统的传质传热。本实施例中的喷淋渗滤系统q3配合反应器的发酵段q1和固液分离出料段q2的特殊结构，实现沼液包围式全方位循环喷淋和渗滤的过程如下：
(1)推料板4喷淋路线：由喷淋供液管20向驱动轴中空层24a底端供应沼液，沼液充满驱动轴中空层24a并向上充灌，推料板中空夹层4a与驱动轴中空层24a相连通，在沼液充灌驱动轴中空层24a的过程中，同时流入推料板中空夹层4a，通过推料板通孔8喷出，形成对位于承料层板6上物料的喷淋接种；灌满驱动轴中空层24a的沼液，溢流进入连通驱动轴中空层24a上部的喷淋回液管22内，由喷淋回液管22流回沼液储箱17。
(2)承料层板6喷淋路线：由喷淋供液管20分出(m+1)组支管(m为承料层板6的总数)，向承料层板中空夹层6a和反应器顶盖中空夹层2a供应沼液，通过承料层板通孔9和反应器顶盖2喷液孔喷出，形成对发酵段q1物料的喷淋接种；喷淋液在与发酵段q1物料接触后，由于重力作用向下渗流，并通过承料层板通孔9，最终返回沼液储箱。
本发明创新采用区格化分段分层式设计，首先是将反应器整体分为发酵段q1和固液分离出料段q2两大功能区，然后根据待处理物料在反应器内的停留时间(hrt)，利用承料层板6和推料板4将发酵段q1分为若干发酵区块，每批进料填充一个发酵区块，在机械力和重力的作用下，结合发酵段q1的特殊结构，使物料依次逐步向下运动，从而实现非流态物料在反应器内的高效流转和处理；同时在物料从上层到下层承料层板6的下落过程中，形成翻转和扰动，再结合来自承料层板6和推料板4的包围式全方位沼液循环喷淋，在较大程度上解决了干发酵系统传质传热差的根本性问题,，能够实现非流态原料的连续式干法厌氧处理，尤其是对于我国的生活垃圾等组分混杂、难以妥善预处理的物料具有充分的包容性，极大地拓展了厌氧技术适用的原料范畴。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。