氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)在橫向通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳渠玲 陳昌勇 張?jiān)慈? 毛青秀 石天玉 裴健儒 甘平洋 朱鳳霞

【摘要】氮?dú)鈿庹{(diào)是國(guó)際上公認(rèn)的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)，具有防治儲(chǔ)糧害蟲(chóng)和抑制霉菌的作用。本研究通過(guò)使用移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)對(duì)安裝橫向通風(fēng)系統(tǒng)的24m跨度高大平房倉(cāng)進(jìn)行氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，膜下環(huán)流氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)在配有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的24m跨度的平房倉(cāng)內(nèi)應(yīng)用工藝安全可行，殺蟲(chóng)效果良好可達(dá)到100%。

【關(guān)鍵詞】氮?dú)鈿庹{(diào)；橫向通風(fēng)系統(tǒng)；24m跨度

糧食安全始終是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題，隨著人們對(duì)綠色糧油食品需求的不斷擴(kuò)大，糧食儲(chǔ)藏技術(shù)正從過(guò)去突出“減損降耗”“保質(zhì)安全”，向“綠色健康”“環(huán)保低碳”方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑熏蒸防治蟲(chóng)害的方式相比，氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧作為國(guó)際上公認(rèn)的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)，具有殺蟲(chóng)抑菌、延緩糧食品質(zhì)劣變和綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，可代替或減少化學(xué)藥劑在儲(chǔ)糧上的使用，保障人員、糧食和環(huán)境安全。目前，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)氮?dú)鈿庹{(diào)防治儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的機(jī)理和應(yīng)用都做了一定的研究，氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲(chóng)機(jī)理主要是低氧致死，國(guó)內(nèi)在江浙、福建地區(qū)進(jìn)行了大量應(yīng)用，但氮?dú)鈿庹{(diào)在湖南地區(qū)的應(yīng)用還未見(jiàn)報(bào)道。

本研究通過(guò)對(duì)湖南地區(qū)24m跨度的具有橫向通風(fēng)系統(tǒng)的高大平房倉(cāng)進(jìn)行膜下環(huán)流氮?dú)鈿庹{(diào)工藝實(shí)驗(yàn)，探索湖南地區(qū)橫向通風(fēng)平房倉(cāng)充氮?dú)庹{(diào)過(guò)程中的氮?dú)鉂舛茸兓闆r及殺蟲(chóng)效果，為氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)倉(cāng)房

選用湖南糧食集團(tuán)開(kāi)慧糧庫(kù)OP4號(hào)倉(cāng)作為橫向充氮?dú)庹{(diào)殺蟲(chóng)實(shí)驗(yàn)倉(cāng)，該倉(cāng)為高大平房倉(cāng)，長(zhǎng)36m，寬24m，裝糧安全線高6m；設(shè)計(jì)倉(cāng)容3800t；糧面用茂金絲復(fù)合糧食專用膜密封。

1.1.2實(shí)驗(yàn)通風(fēng)系統(tǒng)

本實(shí)驗(yàn)倉(cāng)房橫向通風(fēng)系統(tǒng)如圖1所示。同時(shí)裝有智能充氮?dú)庹{(diào)閥門(mén)箱與倉(cāng)內(nèi)風(fēng)道連接，詳見(jiàn)圖2。

1.1.3實(shí)驗(yàn)糧基本情況

實(shí)驗(yàn)倉(cāng)散裝儲(chǔ)存2773.6t晚秈稻谷，實(shí)驗(yàn)糧基本情況見(jiàn)表1。

1.1.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料

CHMY-120型移動(dòng)式膜分離制氮機(jī)：北京長(zhǎng)順安達(dá)測(cè)控技術(shù)有限公司；X-am5600型氧氣濃度測(cè)定儀：德國(guó)德?tīng)柛裼邢薰荆籔SS-3600型空氣呼吸器：德國(guó)德?tīng)柛裼邢薰?；倉(cāng)房氣密性測(cè)定儀：河南金明自動(dòng)化設(shè)備有限公司；數(shù)字微壓計(jì)：上海億歐儀表設(shè)備有限公司；2XZ-0.25旋片式真空抽氣泵：上海雙鵝制冷設(shè)備公司：埋入式畢托管：河南未來(lái)機(jī)電工程有限公司；半硬質(zhì)空壓管：上海聯(lián)坤材料有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1害蟲(chóng)蟲(chóng)口密度檢測(cè)

南、北、中三個(gè)方位，在糧面下0.3m和5.7113共16個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，篩檢結(jié)果顯示平均蟲(chóng)口密度為10頭/kg（見(jiàn)圖3）。

1.2.2氮?dú)鈾z測(cè)點(diǎn)布置

糧堆內(nèi)部共布置23個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。將23根埋入式畢托管埋入糧堆內(nèi)預(yù)定位置并通過(guò)半硬質(zhì)空壓管引出到倉(cāng)外檢測(cè)口，用于倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛葯z測(cè)。

具體布點(diǎn)如圖4所示：在糧堆中心位置布置1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，在距離糧堆表面1m和距離倉(cāng)房底部1m水平布置2層檢測(cè)點(diǎn)，每層按圖4布置11個(gè)點(diǎn)，檢測(cè)點(diǎn)距離倉(cāng)壁不超過(guò)1m。

1.2.3蟲(chóng)籠放置

在圖4中的1～11號(hào)布點(diǎn)距離糧堆表面30cm位置放置11個(gè)蟲(chóng)籠，每個(gè)蟲(chóng)籠分別裝入150g稻谷和50頭從倉(cāng)內(nèi)篩選出來(lái)的試蟲(chóng)，主要蟲(chóng)種有銹赤扁谷盜、玉米象。

1.2.4氣密性測(cè)試

按照GB/T 25229-2010《糧油儲(chǔ)藏平房倉(cāng)氣密性要求》，采用負(fù)壓壓力衰減測(cè)試法，糧面和大門(mén)覆膜后，使用倉(cāng)房氣密性測(cè)定儀和數(shù)字微壓計(jì)進(jìn)行氣密性測(cè)試，通過(guò)測(cè)定-300～-150Pa的半衰期，得到倉(cāng)房氣密性為153s，為熏蒸儲(chǔ)糧一級(jí)倉(cāng)標(biāo)準(zhǔn)、氣調(diào)儲(chǔ)糧二級(jí)倉(cāng)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.5氮?dú)鉂舛葯z測(cè)

使用氧氣濃度測(cè)定儀測(cè)定23個(gè)氮?dú)鈾z測(cè)點(diǎn)的氧氣濃度然后換算成氮?dú)鉂舛龋扛?h檢測(cè)一次。

1.2.6膜下環(huán)流氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧工藝

1.2.6.1第一階段（低濃度高流量充環(huán)階段）

將制氮機(jī)氮?dú)獬隹谂c倉(cāng)房充氮?dú)庹{(diào)閥門(mén)箱進(jìn)氣口連接，制氮機(jī)原料氣三通入口與倉(cāng)房充氮?dú)庹{(diào)閥門(mén)箱出氣口連接，形成閉合回路。開(kāi)啟制氮機(jī)，將出口濃度調(diào)節(jié)到96%，流量120～140m3/h，在糧堆保持微負(fù)壓狀態(tài)（薄膜緊貼糧面）下進(jìn)行環(huán)流充氮。整個(gè)階段自4月20日18：00開(kāi)始，4月21日18：00結(jié)束，用時(shí)21h。

1.2.6.2第二階段（高濃度低流量充環(huán)純化階段）

當(dāng)倉(cāng)內(nèi)平均氮?dú)鉂舛冗_(dá)到95%左右時(shí)，將出口濃度調(diào)節(jié)至98%，流量98～10lm3/h，繼續(xù)環(huán)流純化充氮，進(jìn)一步提高倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛取?/p>

1.2.6.3第三階段（直充鼓膜階段）

斷開(kāi)制氮機(jī)原料氣三通入口與倉(cāng)房充氮?dú)庹{(diào)閥門(mén)箱出氣口的連接，完全打開(kāi)空氣補(bǔ)償閥，將制氮機(jī)出口濃度調(diào)節(jié)至98.8%，流量110～130m3/h，直接往糧倉(cāng)內(nèi)沖入氮?dú)庵聊す钠?，形成氣囊?月25日16：00關(guān)閉制氮機(jī)，用時(shí)19h。

1.2.6.4第四階段（氣囊維持自然平衡階段）

4月26日至5月14日，關(guān)閉制氮機(jī)，使氮?dú)鈿饽易匀凰p，每隔2天檢測(cè)一次倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛?，?dāng)糧堆平均濃度下降至95%以下時(shí)需及時(shí)補(bǔ)氣。

1.2.6.5第五階段（一次補(bǔ)氣階段）

5月14日11：00開(kāi)啟制氮機(jī)進(jìn)行第一次補(bǔ)充氮?dú)?。出口濃度調(diào)節(jié)98.7%，流量75～85m3/h。用時(shí)16h。關(guān)閉制氮機(jī)后開(kāi)啟環(huán)流風(fēng)機(jī)12h。

1.2.6.6第六階段（二次氣囊維持自然平衡階段）

5月15日至5月29日，關(guān)閉制氮機(jī)，使氮?dú)鈿饽易匀凰p，每隔2天檢測(cè)一次倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛?，糧堆平均濃度下降至95%以下后需及時(shí)補(bǔ)氣。

1.2.6.7第七階段（二次補(bǔ)氣階段）

5月29日進(jìn)行第二次補(bǔ)氣，將制氮機(jī)出口濃度調(diào)節(jié)到98%，進(jìn)行倉(cāng)內(nèi)環(huán)流純化和補(bǔ)氣操作。當(dāng)倉(cāng)內(nèi)平均濃度達(dá)到96.5%時(shí)調(diào)節(jié)出口濃度到98.5%繼續(xù)環(huán)流純化，當(dāng)倉(cāng)內(nèi)平均濃度達(dá)到97%時(shí)調(diào)節(jié)出口濃度到98.7%直沖鼓膜，氣囊充滿1/3后再關(guān)閉空氣閥進(jìn)行氣囊狀態(tài)下倉(cāng)內(nèi)循環(huán)工藝，當(dāng)薄膜套貼回糧面時(shí)再進(jìn)行直充鼓膜，直至薄膜全部鼓起，補(bǔ)氣結(jié)束。

1.2.6.8第八階段（三次氣囊維持自然平衡階段）

6月2日至6月22日，關(guān)閉制氮機(jī)，使氮?dú)鈿饽易匀凰p，定時(shí)檢測(cè)氮?dú)鉂舛龋?月22取出蟲(chóng)籠進(jìn)行殺蟲(chóng)效果檢測(cè)。

2結(jié)果與分析

2.1各階段氮?dú)鉂舛?/p>

在氮?dú)鈿庹{(diào)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)階按照要求對(duì)倉(cāng)內(nèi)23個(gè)氮?dú)鉂舛葯z測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，各截面每個(gè)階段的氮?dú)鉂舛纫?jiàn)表2。

從表2可以看出，在充氮?dú)庹{(diào)工藝中，高濃度氮?dú)夥迕嬗赡舷虮辈粩嗤七M(jìn)。在第一階段的低濃度高流量充環(huán)純化工藝中，氮?dú)鉂舛壬仙^快，僅用21h倉(cāng)內(nèi)平均氮?dú)鉂舛染陀沙跏嫉?9.1%，提高到94.8%，這是因?yàn)槌涞獎(jiǎng)傞_(kāi)始時(shí)，倉(cāng)內(nèi)的各點(diǎn)氮?dú)鉂舛扰c充入氮?dú)鉂舛炔钪递^大，氧氣置換效率較高，隨著時(shí)間的推移，各點(diǎn)氮?dú)鉂舛扰c充入氮?dú)鉂舛炔钪笛杆倏s小，氧氣置換效率降低。劉進(jìn)吉等也發(fā)現(xiàn)了相同的現(xiàn)象。第二階段當(dāng)倉(cāng)內(nèi)平均氮?dú)鉂舛冗_(dá)到96.5%時(shí)，倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛认陆稻徛?，?個(gè)小時(shí)濃度僅下降0.1%左右，也是因?yàn)閭}(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛扰c充入倉(cāng)內(nèi)的濃度差太小，會(huì)導(dǎo)致能耗上升、效率降低，應(yīng)立即提高制氮機(jī)出口氮?dú)鉂舛然蛑背涔哪?。第七階段的二次補(bǔ)氣效果明顯，這是由于加入了氣囊狀態(tài)下倉(cāng)內(nèi)循環(huán)工藝，使糧堆氮?dú)鉂舛蕊@著上升。

從第四至第八階段可以看出，充滿氣囊可維持14～21d，這表明倉(cāng)房具有良好的氣密性，符合氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧條件。

2.2殺蟲(chóng)效果分析

在充氣過(guò)程中觀察發(fā)現(xiàn)糧倉(cāng)內(nèi)害蟲(chóng)有趨向于氮?dú)鉂舛容^低（氧氣濃度較高）的區(qū)域活動(dòng)的規(guī)律，尤其以糧面覆膜的膠合處和大門(mén)槽管處最為集中，在糧倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛戎饾u提升后，害蟲(chóng)的活動(dòng)強(qiáng)度逐漸減弱，并有蟲(chóng)口死亡現(xiàn)象出現(xiàn)。

充氮后的第58天取出埋在糧堆中的11個(gè)蟲(chóng)籠，篩檢發(fā)現(xiàn)所有試蟲(chóng)都已死亡，殺蟲(chóng)率100%。同時(shí)按照害蟲(chóng)蟲(chóng)口密度檢測(cè)中的方法篩檢糧堆中的16個(gè)點(diǎn)，未發(fā)現(xiàn)活蟲(chóng)。黃浙文等研究也發(fā)現(xiàn)，98%左右的氮?dú)鉂舛瓤蓺⑺赖母鞣N銹赤扁谷盜蟲(chóng)態(tài)。由此可以看出，保持糧堆98%左右的氮?dú)鉂舛?8d對(duì)儲(chǔ)糧害蟲(chóng)有很好的殺害作用。

2.3成本核算分析

本次實(shí)驗(yàn)實(shí)際累計(jì)耗電量為3 785kW·h，每度電的電價(jià)為0.644元，糧堆總質(zhì)量為2 773.6t，噸糧能耗為1.36kW·h，噸糧成本為0.88元。實(shí)驗(yàn)倉(cāng)倉(cāng)頂安裝太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，若綜合考慮核算成本會(huì)更低。

3結(jié)論

（1）氮?dú)鉂舛冗_(dá)到98%左右，維持58d可以徹底有效地殺死儲(chǔ)糧害蟲(chóng)，實(shí)現(xiàn)綠色安全儲(chǔ)糧。所以，在保證倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛群兔荛]時(shí)間的前提下，充氮?dú)庹{(diào)是行之有效的殺死儲(chǔ)糧害蟲(chóng)的方法，特別是對(duì)日益嚴(yán)重的具有高磷化氫抗性的銹赤扁谷盜有很好的滅殺效果。

（2）實(shí)驗(yàn)證明，膜下環(huán)流充氮?dú)庹{(diào)在24m跨度的橫向通風(fēng)平房倉(cāng)內(nèi)實(shí)施具備很高的可行性，橫向通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合倉(cāng)房氮?dú)鈿庹{(diào)環(huán)流系統(tǒng)能很好地適應(yīng)氮?dú)鈿庹{(diào)儲(chǔ)糧要求。

（3）氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲(chóng)效果與倉(cāng)房氣密性緊密相關(guān)，氣密性效果越好，氣囊維持越久，氮?dú)鉂舛认陆翟骄徛?，氣調(diào)工藝實(shí)施成本越低，所以氣調(diào)實(shí)驗(yàn)前一定要做好倉(cāng)房氣密性檢查、補(bǔ)漏和改造工作。

（4）通過(guò)本次實(shí)倉(cāng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，橫向通風(fēng)系統(tǒng)膜下環(huán)流氣調(diào)工藝，初期濃度提升階段可減少分步提升濃度次數(shù)，建議一次性將倉(cāng)內(nèi)濃度提升到98%以上（達(dá)到殺蟲(chóng)要求濃度），減少膜分離制氮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，降低氮?dú)鈿庹{(diào)工藝運(yùn)行成本。補(bǔ)氣階段可在倉(cāng)內(nèi)有1/3高濃度氣囊狀態(tài)時(shí)進(jìn)行循環(huán)純化工藝，加快糧堆氮?dú)鉂舛壬咚俣取?/p>