硫酰氟氣體在不同品種糧堆擴(kuò)散規(guī)律比較研究

崔 淼，劉尚峰，甘雙慶，季振江，楊 旭，洪文奎，呂 明，汪中明?

（1.國家糧食和物資儲備局科學(xué)研究院，北京 100037；2.安徽現(xiàn)代糧食物流中心庫，安徽 六安 231323；3.中儲糧銅陵直屬庫，安徽 銅陵 245000；4.清苑國家糧食儲備庫，河北 保定 071100）

儲糧糧堆呈現(xiàn)多孔介質(zhì)特征，糧堆的宏觀特性參數(shù)如有效孔隙率在不同方向上差異較大，稱為各向異性。由于糧堆各向異性的影響，單位糧層阻力存在一定的差異。不同糧種的糧堆單位糧層阻力不同，會導(dǎo)致氣流在糧堆內(nèi)部流動和分布上的差異[1-3]。江利國[4]等發(fā)現(xiàn)磷化氫熏蒸效果因糧種不同而異，而導(dǎo)致效果差異的主要因素就是氣體在糧堆內(nèi)的擴(kuò)散和分布狀態(tài)。小麥和稻谷是我國兩大主要口糧，大豆是我國主要油料作物。大部分地區(qū)均需在糧油入倉后進(jìn)行首次熏蒸殺蟲，之后每年基本進(jìn)行一次熏蒸殺蟲。這三大糧種的安全儲備直接關(guān)系到我國糧油戰(zhàn)略安全，而硫酰氟是我國倉儲行業(yè)具有潛在推廣應(yīng)用價值的熏蒸劑，因此，本文通過比較分析硫酰氟在小麥、稻谷和大豆糧堆中的擴(kuò)散和分布規(guī)律，為指導(dǎo)倉儲企業(yè)使用硫酰氟熏蒸制訂出合理方案提供支撐，也是為保障國家糧食安全提供技術(shù)儲備。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選擇小麥、稻谷和大豆 3個糧種作為研究對象，每個糧種選擇2個試驗(yàn)倉房，詳見表1。

表1 試驗(yàn)倉房情況Table 1 Experimental warehouse

1.2 儀器及設(shè)備

SP Tr-GAS@200硫酰氟濃度檢測儀：江蘇舒茨儀器股份有限公司；SF-ExplorIR硫酰氟報警儀：美國SPECTROS儀器有限公司。環(huán)流風(fēng)機(jī)（功率7.5 kW），倉內(nèi)環(huán)流管（直徑1.1 m）：安徽省華糧糧油儲運(yùn)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氣密性檢測

全倉密閉（窗戶，軸流風(fēng)機(jī)口，檢查口，通風(fēng)口）只留一個通風(fēng)口連接小功率（3 kW）風(fēng)機(jī)，對面檢測管連接壓力計，開始壓入或吸出。負(fù)壓吸出至壓力計–350 Pa時，關(guān)停風(fēng)機(jī)，快速關(guān)閉風(fēng)機(jī)閥門，壓力計–300 Pa時，開始計時至–150 Pa（半衰期）所用時間[5]。

1.3.2 熏蒸方式及用藥量

采取倉內(nèi)糧面施藥和倉外稱重施藥的方式。根據(jù)預(yù)設(shè)濃度計算好用藥量，將需要用量的鋼瓶氣均勻垂直放置于糧面，避免鋼瓶與糧食直接接觸，以防汽化過程產(chǎn)生的低溫導(dǎo)致糧食結(jié)露。施藥人員佩戴好自給式呼吸器，同時依次由內(nèi)向外打開鋼瓶氣氣閥，讓氣體緩慢排出，確保氣體釋放徹底。

表2 試驗(yàn)倉房熏蒸方式及用藥量Table 2 Fumigation method and dosage of experimental warehouse

1.3.3 熏蒸散氣

當(dāng)倉內(nèi)氣體檢測濃度降至 4 mg/m3以下，開始散氣。散氣采用自然通風(fēng)散氣，散氣20 h以上，記錄倉內(nèi)空氣中硫酰氟最高容許濃度降低到20 mg/m3所用時間，并監(jiān)測記錄倉外上風(fēng)向、下風(fēng)向空氣中硫酰氟濃度變化情況。

1.3.4 氣體采樣點(diǎn)布置及濃度檢測

整倉熏蒸布置點(diǎn)：倉內(nèi)對角線三點(diǎn)，每個點(diǎn)上、中、下布置三根取樣管（上層糧堆深度1.5 m，中層深度3 m，下層深度4.5 m）?？臻g中間1個（糧面與天花板之間的中心位置）。

投藥結(jié)束每 6 h檢測一次硫酰氟濃度。48 h后每天定時檢測兩次。

1.3.5 熏蒸后害蟲長期監(jiān)測

熏蒸結(jié)束后，在糧堆上層0.2 m、中層3 m、下層 5 m，分別進(jìn)行扦樣檢查，進(jìn)行長期害蟲檢測。熏蒸后1個月內(nèi)2周檢查一次上層害蟲，5～6個月每月檢測一次。中層和下層第1個月檢測一次，第2個月檢測一次，其余時間隨機(jī)抽查。并進(jìn)行結(jié)果記錄。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用WPS Office Excel 2020處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫酰氟在3個糧種糧堆的擴(kuò)散速度

從硫酰氟氣體在小麥糧堆濃度檢測結(jié)果來看（表3和表4），在第一次檢測的時間5～6 h左右，氣體均已到達(dá)小麥糧堆底層。并且分別在30 h和45 h的時候?qū)崿F(xiàn)整倉氣體均勻。

表4 29號小麥倉硫酰氟氣體濃度變化表Table 4 The change of sulfuryl fluoride concentration in No.29 wheat warehouse

稻谷10號倉在5.5 h糧堆中下層和底層尚檢測不到氣體濃度，但在熏蒸后30 h第二次檢測時，整倉氣體濃度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了均勻（見表5）。稻谷17號倉在5.5 h糧堆底層能夠檢測到氣體濃度，但濃度還較低，直至16 h整倉氣體基本均勻（見表6）。

表5 10號稻谷倉硫酰氟氣體濃度變化表Table 5 The change of sulfuryl fluoride concentration in No.10 paddy warehouse

表6 17號稻谷倉硫酰氟氣體濃度變化表Table 6 The change of sulfuryl fluoride concentration in No.17 paddy warehouse

兩個大豆倉在熏蒸后8 h第一次檢測時，糧堆底層的氣體濃度與糧堆上層的濃度基本一致（見表7和8）。1號倉在熏蒸8 h后，整倉氣體濃度均勻性即達(dá)到0.9以上。

表7 1號大豆倉硫酰氟氣體濃度變化表Table 7 The change of sulfuryl fluoride concentration in No.1 soybean warehouse

表8 16號大豆倉硫酰氟氣體濃度變化表Table 8 The change of sulfuryl fluoride concentration in No.16 soybean warehouse

根據(jù)以上結(jié)果，硫酰氟氣體在不同糧種中的擴(kuò)散速度是大豆>稻谷>小麥。而從氣體在糧堆內(nèi)部分布均勻性分析來看（表9），兩個大豆糧堆內(nèi)氣體濃度比均可達(dá)到0.9，兩個小麥倉糧堆氣體濃度比均能達(dá)到 0.8，而稻谷倉的均勻性都不超過0.7?？傮w上來說，糧堆氣體均勻性與氣體在糧堆的擴(kuò)散速度呈正相關(guān)。

表9 硫酰氟氣體在糧堆內(nèi)部分布均勻性Table 9 Uniformity of sulfuryl fluoride gas distribution inside grain pile

2.2 氣體濃度在3個糧種糧堆中衰減速度比較

氣體濃度整倉均勻后，分析其在3個糧種糧堆中的濃度衰減半衰期。選取起始4.5 g/m3左右的濃度作為起始濃度。各倉的半衰期分別為：20號小麥倉C4.6為86 h，29號倉C4.3為62 h；10號稻谷倉C4.0為49 h，17號倉C5.0為45 h；1號大豆倉C4.3為77 h，16號C4.5約等于88 h。小麥糧堆平均氣體濃度半衰期為54 h，稻谷平均半衰期為47 h，大豆平均半衰期為82.5 h。平均氣體濃度半衰期分別是大豆>小麥>稻谷。

氣體在糧堆中的衰減速度與倉房氣密性相關(guān)性最大，而本試驗(yàn)中，大豆倉房的氣密性較差，而半衰期最長。表明氣體衰減速度除與不同糧種對于硫酰氟氣體的吸附具有一定的相關(guān)性。3個糧種相比，可能稻谷對于硫酰氟的吸附量最大，小麥次之。有報道稱硫酰氟吸附率與初始濃度無關(guān)，會隨著溫度和水分含量的增加而增加[6]，此次試驗(yàn)中稻谷含水量最高，因此對硫酰氟的吸附量要高于其他兩種糧食。

2.3 殺蟲（防護(hù)效果）分析

表10結(jié)果顯示，熏蒸各倉6個月內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)活蟲（含粘蟲板）。

表10 熏蒸后倉內(nèi)害蟲長期監(jiān)測情況Table 10 Long-term monitoring of pests in the warehouse after fumigation

3 討論

氣體擴(kuò)散過程受藥劑濃度、氣密性和糧粒吸附等因素導(dǎo)致的藥劑衰減、以及糧層間的阻力等因素密切相關(guān)。而其中糧粒對藥劑的吸附作用，以及糧層阻力均取決于糧種。本研究結(jié)果表明硫酰氟氣體在不同糧種中的擴(kuò)散速度是大豆>稻谷>小麥，很大程度上是由于不同糧種的糧層阻力的差異所致。大豆顆粒較大，糧堆孔隙率最大，有利于氣體擴(kuò)散。有研究表明，氣流在稻谷糧堆橫向擴(kuò)散的單位糧層阻力小于小麥[7]。

熏蒸藥劑濃度越大，其穿透單位面積的氣體流量越大，而相應(yīng)的阻力會增加。有相關(guān)研究證實(shí)稻谷和小麥的單位通風(fēng)量越大，糧層阻力越大的現(xiàn)象[8-9]。本研究中，對于小麥，熏蒸濃度為10 g/m3的倉房擴(kuò)散效果要稍差于8 g/m3的倉房。對稻谷同樣呈現(xiàn)了這樣的現(xiàn)象。

對于熏蒸過程中糧粒對熏蒸藥劑的吸附作用，江利國等認(rèn)為磷化氫在糧堆內(nèi)的滲透與糧種和藥劑劑量的影響，而稻谷對磷化氫的吸附較其它糧種強(qiáng)[4]。本研究結(jié)果表明，在三個糧種中，稻谷對于硫酰氟的吸附作用可能最強(qiáng)，而根據(jù)Hwaidi報道，硫酰氟吸附率與初始濃度無關(guān)，與溫度和水分含量相關(guān)[6]。由于本研究中稻谷水分最高，因此，對于不同糧種對于硫酰氟的吸附率有待進(jìn)一步檢測和研究。

4 結(jié)論

硫酰氟氣體在不同糧種中的擴(kuò)散速度是大豆>稻谷>小麥；大豆糧堆最快在熏蒸后8 h后，可實(shí)現(xiàn)整倉氣體均勻；平均氣體濃度半衰期分別是大豆>小麥>稻谷；5.0～12.7 g/m3的熏蒸藥劑濃度可實(shí)現(xiàn)6個月無蟲期的防護(hù)效果。