煙葉機械充氮氣調(diào)快速殺蟲技術(shù)研究

肖光偉，劉 勇，來振利，李秀峰，陳兆麟，肖龍恩，周彬偉

（1.湖北中煙工業(yè)有限責任公司，武漢 430000；2.武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司，武漢 430074）

隨著國家和社會各界對于環(huán)保的日益重視，煙草行業(yè)內(nèi)煙草害蟲的防治技術(shù)由熏蒸劑（磷化鋁）殺蟲逐漸轉(zhuǎn)向充氮氣調(diào)殺蟲［1］。隨著機械充氮技術(shù)的逐漸成熟，機械充氮殺蟲技術(shù)在煙草工業(yè)企業(yè)煙葉原料蟲害防治及煙葉養(yǎng)護過程中得到了廣泛的應用。

機械充氮氣調(diào)殺蟲作為一種綠色環(huán)保的物理殺蟲方式，具有安全環(huán)保、防蟲效果好、靈活度高等優(yōu)勢。肖光偉等［1］研究表明，通過機械充氮氣調(diào)維持不同內(nèi)襯煙葉儲存環(huán)境的低氧環(huán)境（O2濃度低于2%）45 d 以上，能夠完全殺滅不同內(nèi)襯煙葉中各種蟲態(tài)的煙草甲蟲［Lasioderma serricorne（Fabricius）］，并對煙葉感官品質(zhì)無明顯影響。劉軍［2］研究表明，溫度高于30 ℃，維持密封煙垛內(nèi)氧氣濃度小于2%達到30 d，可有效殺滅煙草甲蟲的成蟲和幼蟲。羅軍等［3］的研究表明，在低氧環(huán)境（O2濃度低于2%）、低溫環(huán)境（4～5 ℃）30 d 以上，可有效殺滅各種蟲態(tài)的煙草甲蟲。張瑞強等［4］研究驗證氮氣對套袋煙葉害蟲的防治效果，結(jié)果表明在溫度高于20 ℃、氧氣濃度低于2%、持續(xù)時間45 d 的技術(shù)參數(shù)條件下，可以有效殺滅套袋煙葉內(nèi)各種蟲態(tài)的煙草害蟲，滿足延緩煙葉醇化需求，作為霉變等異常煙葉養(yǎng)護的有效應急處理手段。孫建鋒等［5］研究表明，溫度條件符合防蟲要求，CO2處理密封垛位內(nèi)氧氣濃度低于2%并維持35 d 以上可以有效殺滅煙葉中的煙草甲。

充氮氣調(diào)雖然對煙草害蟲具有較好的防治效果［6］，但是由于設備工藝、降氧效率、維持時長等原因，導致充氮氣調(diào)防蟲的時間較長，影響煙葉原料倉儲和工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度。本研究基于充氮氣調(diào)防蟲技術(shù)的快速殺蟲技術(shù)，減少機械充氮降氧時長，提高降氧效率，縮短機械充氮氣調(diào)殺蟲時間，降低因防蟲作業(yè)對卷煙工業(yè)生產(chǎn)原料調(diào)度的影響，為機械充氮氣調(diào)技術(shù)的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

煙草甲蟲：煙草甲蟲由武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司提供。將煙草甲蟲置于盛有小麥胚芽、面粉的容器中飼養(yǎng)繁殖，為了不破壞煙蟲生長發(fā)育環(huán)境，在蟲樣選擇時采用混合蟲態(tài)，蟲樣中存在各個蟲態(tài)。

試驗儀器與設備：機械充氮設備（武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司，參數(shù)50 Nm3/h）、二氧化碳鋼瓶、氮氣鋼瓶、溫濕度檢測儀、氧氣檢測儀、二氧化碳檢測儀、熱合機、通風接口、尼龍復合膜、密封膠槽、密封膠條、毛筆、PVC 管材、養(yǎng)蟲容器、標簽紙等。

1.2 試驗方法

試驗在湖北中煙工業(yè)有限責任公司樂道原料倉庫和武漢東昌倉貯技術(shù)有限公司科研與生產(chǎn)保障基地進行。

試驗垛位：采用PVC 管材搭建垛位骨架，垛位大小為10 m×6 m×3 m，垛位體積180 m3，垛位采用尼龍復合膜制作的帳幕覆蓋并密封。

1.2.1 處理設置 基于機械充氮氣調(diào)的快速殺蟲效果實驗室試驗按表1 設置，快速殺蟲效果倉庫試驗按表2 設置，機械充氮設備工藝優(yōu)化試驗按表3 設置。

表1 快速殺蟲效果實驗室試驗設置

表2 快速殺蟲效果倉庫試驗設置

1.2.2 蟲情檢查 殺蟲結(jié)束后，對試驗樣蟲進行檢查，檢查成蟲死亡情況。同時，將蟲樣置于適宜的環(huán)境（28 ℃，RH 60%±5%）培養(yǎng)1 個月，觀察幼蟲、蛹及蟲卵發(fā)育情況。

1.2.3 設備充氮降氧效率 充氮設備采用不同運行模式運行（表3），記錄試驗期間垛位環(huán)境溫濕度，并在設備運行過程中定時記錄試驗垛位內(nèi)O2濃度變化，統(tǒng)計設備運行將垛內(nèi)O2濃度下降至有效殺蟲濃度（2%以下）耗時和能耗，對比分析不同運行模式下制氮設備降氧效率。

表3 工藝優(yōu)化試驗設置

2 結(jié)果與分析

2.1 快速殺蟲效果驗證

2.1.1 殺蟲試驗過程中環(huán)境溫濕度情況 試驗期間，環(huán)境溫度維持在25～30 ℃，環(huán)境濕度維持在68%～85%，無異常波動，對煙蟲的正?；顒訜o影響，溫濕度條件符合殺蟲要求。具體情況見圖1。

圖1 殺蟲試驗過程中環(huán)境溫濕度變化

2.1.2 實驗室殺蟲效果評價 低氧條件下（O2濃度2%以下），不同CO2濃度及維持天數(shù)殺蟲處理的實驗室蟲樣檢查結(jié)果見表4。

表4 實驗室蟲樣檢查結(jié)果

單充氮使O2濃度2%以下維持12 d 僅能殺死煙草甲成蟲，幼蟲及蟲卵完全殺滅需要更長時間；在低氧（O2濃度2%以下）狀態(tài)下，輔助充入CO2氣體對煙草甲蟲殺滅有明顯的促進作用，且CO2濃度升高能夠加快和提升殺蟲效果；O2濃度2%以下，CO2濃度15%殺滅各蟲態(tài)煙草甲蟲需要6 d，CO2濃度10%殺滅各蟲態(tài)煙草甲蟲需要9 d，CO2濃度5%殺滅各蟲態(tài)煙草甲蟲需要12 d。

2.1.3 倉庫殺蟲效果評價 以實驗室試驗殺蟲結(jié)果為基礎，進行了倉庫條件殺蟲驗證。低氧條件下（O2濃度2%以下），不同CO2濃度及維持天數(shù)殺蟲處理的倉庫蟲樣檢查結(jié)果見表5。

表5 倉庫蟲樣檢查結(jié)果

倉庫條件下，在低氧（O2濃度2%以下）狀態(tài)下，CO2氣體充入可以對煙草甲蟲殺滅起到增效作用，縮短殺蟲時間。O2濃度2%以下，CO2濃度5%殺滅全部蟲態(tài)煙草甲蟲需要30 d，CO2濃度10%～15%殺滅各蟲態(tài)煙草甲蟲需要24 d。

實驗室試驗中殺蟲氣體與煙草甲蟲直接接觸，而倉庫試驗中煙草甲蟲置于煙箱包裝的煙葉中，因此倉庫條件下殺蟲周期較實驗室殺蟲周期略長，與實際煙葉原料殺蟲的情況相符。

2.2 充氮設備工藝優(yōu)化驗證

2.2.1 試驗過程溫濕度情況 驗證試驗期間環(huán)境溫度維持在29.0～32.5 ℃，濕度維持在42%～68%，溫濕度無明顯的異常波動，對試驗過程和垛內(nèi)氧氣濃度變化影響小。具體情況見圖2。

圖2 驗證試驗過程的溫濕度情況

2.2.2 不同模式下充氮設備降氧效率 分別驗證傳統(tǒng)模式和循環(huán)模式下，制氮機將O2濃度降至有效殺蟲濃度（2%以下）的時間，結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 傳統(tǒng)模式下降氧效率

圖4 循環(huán)模式下降氧效率

試驗結(jié)果表明，制氮機傳統(tǒng)模式將體積180 m3的垛位O2濃度下降至2%以下需要13.0 h，而循環(huán)模式只需要8.5 h，降氧效率大大提升，效率提升達35%左右；傳統(tǒng)模式下垛內(nèi)O2濃度下降至2%以下需要7 個輪次的抽負壓-充氮操作，垛內(nèi)O2濃度勻速下降，而循環(huán)模式設備運行前期（O2濃度10%以上時），氧氣濃度下降較快，平均每小時下降4.36 個百分點，后期（O2濃度10%以下）下降速度較慢，從10%～5%平均每小時下降2.16 個百分點，從5%～2%平均每小時下降0.75 個百分點；研究使用的制氮機設備功率約為18 kW，采用傳統(tǒng)模式將體積180 m3的垛位O2濃度下降至2%以下能耗為234 kW·h，而循環(huán)模式下能耗為153 kW·h，大大地降低了運行能耗。

3 小結(jié)與討論

在低氧的情況下，排除煙葉倉庫儲存條件下煙箱包裝、堆碼形式等因素的影響，輔助以一定濃度的二氧化碳，對煙草甲蟲的殺滅效果顯著提升，大大地縮短防蟲周期。同時，改進充氮設備工藝，由原來的傳統(tǒng)抽負壓-充氮降氧模式改進為循環(huán)降氧模式，可以大幅提升降氧效率，效率提升可達35%左右。通過充氮設備工藝優(yōu)化和充氮+二氧化碳混合殺蟲的方式，可以實現(xiàn)基于機械充氮的快速殺蟲，有效解決煙葉原料充氮殺蟲周期長的問題，從而最大程度避免因煙葉殺蟲對卷煙生產(chǎn)原料調(diào)度產(chǎn)生的影響。

后續(xù)可以通過設備設計集成與優(yōu)化，解決制氮設備備案和安全管控的難題，通過集成設備管道的設計優(yōu)化，實現(xiàn)氮氣的循環(huán)利用，提升氮氣的利用率，提升機械充氮殺蟲降氧作業(yè)效率。基于機械充氮氣調(diào)的快速殺蟲技術(shù)基于充氮設備的設計、工藝及配套管道設計優(yōu)化和殺蟲方式改進，是在原有技術(shù)優(yōu)勢的基礎上對機械充氮技術(shù)的進一步優(yōu)化，符合煙草行業(yè)對于該技術(shù)的需求和要求，可在煙草行業(yè)內(nèi)推廣，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。