80年代后,世界各國開始研發(fā)出大量的反應器堆肥系統(tǒng)。美國把有反應器堆肥系統(tǒng)叫做“容器”系統(tǒng),許多早期的文獻把它稱為“消化器”和“發(fā)酵器”。
反應器堆肥將原料由容器內向外,由下向上堆放,器壁可以是簡單的木板墻(有頂或無頂),也可能是一個谷倉或貯藏建筑物。建筑物或堆肥倉允許堆放更高的原料,比無支撐堆體能更好地利用地面空間。堆肥倉還能消除天氣和臭氣問題,也能提供更好的溫度控制。
反應器堆肥方法的操作類似于靜態(tài)堆肥方法,如它們都采用強制通風、很少或無須翻堆等。對原料的重新混合有時可促進堆肥過程。
如果使用若干個堆肥反應器,堆肥原料可以連續(xù)地、定期地從一個反應器輸送到另一個反應器。好氧堆肥的大部分原則和指導建議也可應用于反應器堆肥,但是較高的堆肥反應器例外,因為更深的原料增加了對氣流的阻力(壓力損失)。和好氧靜態(tài)堆肥相比,反應器堆肥一般需要較強或更高壓力的鼓風機。
按物料的流向可將反應器堆肥系統(tǒng)分為:水平流向反應器和豎直流向反應器。水平流向反應器包括:旋轉倉式,攪動倉式;豎直流向反應器包括:攪動固定床式、包裹倉式。美國國家環(huán)保局把反應器堆肥系統(tǒng)分為:推流式和動態(tài)混和式。推流式系統(tǒng)中入口進料,出口出料,物料在堆肥發(fā)酵倉的停留時間相同。在動態(tài)混和式系統(tǒng)中,用機械不停地攪動混勻物料。根據(jù)不同的發(fā)酵倉的形狀,推流式系統(tǒng)分為:圓筒形反應器,長方形反應器,溝槽式反應器;動態(tài)混和式分為:長方形發(fā)酵塔,環(huán)形發(fā)酵塔。
下面介紹幾種常見的反應器堆肥類型:
1. 筒倉式堆肥系統(tǒng)
該反應器堆肥技術類似于一種從底部卸出堆肥的筒倉。每天都由一臺旋轉鉆在筒倉的上部混合堆肥原料、從底部取出堆肥。通風系統(tǒng)使空氣從筒倉的底部通過堆料,在筒倉的上部收集和處理廢氣。這種堆肥方式典型的堆肥周期為14天。每天取出堆肥的體積或重新裝入原料的體積是筒倉體積的1/14。從筒倉中取出的堆肥經(jīng)常堆放在第二個通氣筒倉。由于原料在筒倉中垂直堆放,因而這種系統(tǒng)使堆肥的占地面積很小。盡管如此,這種堆肥方式仍需要克服物料壓實、溫度控制和通氣等問題,因為原料在倉內得不到充分混合,必須在進入筒倉之前就混合均勻。圖4-4是典型的筒倉式堆肥工藝。

圖4-4 典型的筒倉式堆肥系統(tǒng)
2. 塔式堆肥反應器
圖4-5是典型的的塔式發(fā)酵工藝。堆肥物料被連續(xù)地或間歇地輸入這些系統(tǒng),通常允許物料從反應器的底部向頂部周期性地運輸。在輸送期間物料發(fā)生了攪動,但當單次原料通過槽體時,原料保持靜止,直到它們再一次從底部向上運輸時,原料才發(fā)生攪動。

圖4-5 典型的的塔式發(fā)酵工藝
3. 滾筒式堆肥反應器
滾筒式堆肥反應器是一個使用水平滾筒來混合、通風以及排出堆肥的堆肥系統(tǒng)。滾筒架在大的支座上,并且通過一個機械傳動裝置來翻動。在滾筒中堆肥過程很快開始,易降解物質很快被好氧降解。但是堆肥必須被進一步降解,通常采用條垛或靜態(tài)好氧堆肥來完成堆肥過程的第二階段。在一些商業(yè)堆肥系統(tǒng)中堆料在滾筒中停留不到1天,滾筒基本上作為一種混合設備。圖4-6是一個典型的滾筒式堆肥系統(tǒng)簡圖。

圖4-6 滾筒式堆肥系統(tǒng)簡圖
由滾筒的排放端提供空氣,原料在滾筒中翻動時與空氣混合在一起??諝獾牧鲃臃较蚝驮线\動方向相反??拷鼭L筒的排放端,堆肥由新鮮空氣冷卻;在滾筒的中部,氣流溫度升高且堆肥速率加快;在滾筒的入口處,添加新的堆料,氣流溫度最高,堆肥過程開始。
滾筒可為合體式滾筒或分體式滾筒。合體式滾筒使所有堆料按照其裝入滾筒時的次序運動,滾筒旋轉的速度和旋轉時滾筒中軸線的傾斜度決定了堆肥的停留時間。一個分體式滾筒的管理要比合體式滾筒方便。分體式滾筒分為兩或三個倉,每個倉包括一個裝有一個移動門的移動箱。每天堆肥結束后,滾筒排放端的移動門被打開,隔倉并被清空,其他隔倉隨后開放并相繼移動,一批新堆料被裝入第一個隔倉。每個移動門都有一個基座以成功實現(xiàn)批次接種微生物。堆肥產(chǎn)品可由排放端直接輸送到分選機,分選機去除大顆粒物質,大顆粒物質被送回到滾筒中進一步堆肥處理。
對于小型滾筒式堆肥系統(tǒng)而言,滾筒可由舊設備(如混凝土攪拌機、飼料混合機以及舊的水泥窯)等改造而成,盡管沒有商業(yè)設備那么高級,但是其功能(混合、通風以及使堆肥過程迅速開始)仍然相同。
4. 攪動箱堆肥反應器
是一種水平流動的、通風固體攪拌箱式反應器,它采用強制通風和機械攪動,可以使操作更加靈活。反應器通常不封頂,而且是安裝在建筑物內,為的是能夠全天操作和控制雜質。許多反應器一天只進行一次原料循環(huán)。一般分圓形和矩形反應器兩種。
在圓形反應器系統(tǒng)里,許多旋轉鉆順次安裝在移動的橋上,從反應器的中心旋轉,很像一個圓形的清理器裝置,一般完成一次旋轉需要兩個小時。當橋旋轉的時候,原料沿外圍給入。鉆頭在反應器里面攪動原料,而且將新的原料與舊的堆肥物質混合。原料逐漸地輸送到反應器的中心,在那里經(jīng)過一個可以調節(jié)的溢流口下落到一個出口傳送帶上,這個出口傳送帶位于反應器下面的廊道上。
矩形攪動反應器系統(tǒng)的攪動裝置安裝在箱壁頂端的橫竿上運轉,像圓形箱一樣,原料從箱子的一端進入然后靠攪動裝置沿箱子移動,最后從箱子的另一端出來。
箱式系統(tǒng)的長寬可調節(jié),有較小的箱子,寬2m,長2m,較大的箱子寬可達6m,高3m,長220m。較大的箱子通過把基質沿著箱子的長度放在指定的格子內操作。原料在一個星期后翻轉,而且一直保存在指定的格子內,直到可以移出。如果用小箱子,原料可以每天攪動。
上述堆肥類型目前在世界各地均有應用,每一種系統(tǒng)都有各自的優(yōu)缺點,重要的是取決于特定的條件。也就是說,一種適宜的堆肥系統(tǒng)的選擇永遠是一個基于因地制宜的決策,沒有一個系統(tǒng)適合于所有的環(huán)境條件,市場上保持多樣化的堆肥設施是一種合理健康的表現(xiàn)。堆肥廠可以根據(jù)自己的物料、場地、生產(chǎn)規(guī)模、當?shù)貧夂?、環(huán)保政策、投資、產(chǎn)品質量等來選擇最切合實際的堆肥類型。