覆膜糧堆氣密性改造及氮?dú)鈿庹{(diào)效果評(píng)價(jià)*

王爭(zhēng)艷 王方智 李東雨 馬振軍 曹德銀 王勝軍 薛志立

(1 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 450001)(2 中央儲(chǔ)備糧焦作直屬庫(kù)有限公司 454171)

我國(guó)大型糧庫(kù)儲(chǔ)糧害蟲的防治方法主要為化學(xué)防治。長(zhǎng)期依賴磷化氫和儲(chǔ)糧防護(hù)劑防治害蟲帶來了諸多問題，如害蟲抗藥性、種群猖獗、農(nóng)藥殘留和生產(chǎn)安全隱患等，不能滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的衛(wèi)生健康需求。作為化學(xué)防治的一種替代技術(shù)，氮?dú)鈿庹{(diào)已在新建糧倉(cāng)中得到較為廣泛的應(yīng)用。氮?dú)鈿庹{(diào)是在糧堆中充入高純氮?dú)?，置換糧堆內(nèi)的氧氣，創(chuàng)造糧堆低氧環(huán)境，實(shí)現(xiàn)殺蟲、抑蟲、抑菌、延緩糧食品質(zhì)劣變的目的[1]。

在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持氮?dú)獾母邼舛仁潜ＷC氮?dú)鈿庹{(diào)效果的關(guān)鍵，如Q/ZCL T8-2009推薦，氣調(diào)殺蟲時(shí)，維持氮?dú)鉂舛仍?8%以上不少于28 d；氣調(diào)防蟲時(shí)，長(zhǎng)期維持氮?dú)鉂舛仍?5%以上；氣調(diào)儲(chǔ)藏時(shí)，長(zhǎng)期維持氮?dú)鉂舛仍?0%～95%[2]。這就對(duì)倉(cāng)房的氣密性提出較高的要求，如GB/T 25229-2010要求氣調(diào)平房倉(cāng)500 Pa的壓力半衰期不小于2 min，覆膜糧堆-300 Pa壓力半衰期不小于1.5 min[3]。但是，由于倉(cāng)房建筑與倉(cāng)儲(chǔ)工藝脫節(jié)，倉(cāng)房氣密性通常不能滿足氣調(diào)要求，改進(jìn)倉(cāng)房氣密性成為氣調(diào)儲(chǔ)糧的首要任務(wù)[4]。為此，我們?cè)谥醒雰?chǔ)備糧焦作直屬庫(kù)有限公司，對(duì)試驗(yàn)倉(cāng)房進(jìn)行氣密性改造，并進(jìn)行氮?dú)鈿庹{(diào)試驗(yàn)，以期為氮?dú)鈿庹{(diào)的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)房基本情況

供試倉(cāng)房為33、34號(hào)倉(cāng)，均為2010年建造的高大平房倉(cāng)。33號(hào)倉(cāng)倉(cāng)房跨度29.2 m，長(zhǎng)35.6 m，裝糧線高6 m，小麥存儲(chǔ)量5000 t；34號(hào)倉(cāng)倉(cāng)房跨度26.2 m，長(zhǎng)53.7 m，裝糧線高6 m，小麥存儲(chǔ)量7137 t。通風(fēng)系統(tǒng)均為一機(jī)四道地上籠式風(fēng)道，裝有固定式環(huán)流通風(fēng)系統(tǒng)，配備環(huán)流風(fēng)機(jī)4臺(tái)。

為實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾木鶆蚍植迹?3、34號(hào)倉(cāng)的糧面上鋪設(shè)氮?dú)馔L(fēng)管道。氮?dú)饪偣艿?直徑90 mm)入倉(cāng)后分為5道分支管道(直徑32 mm)。分支管道長(zhǎng)24 m，末端封閉，水平間隔8 m。在分支管道上均勻開設(shè)直徑為2.5 mm的小孔，小孔橫截面積之和不小于氮?dú)饪偣艿赖臋M截面積。

1.2 設(shè)備及儀器

變壓吸附制氮機(jī)(廣州產(chǎn))：最大實(shí)際產(chǎn)氣量310 m3/h(常壓)，氮?dú)饧兌?9.5%。制氮機(jī)組主要由空壓機(jī)、引風(fēng)機(jī)、冷干機(jī)、過濾器、吸附塔、儲(chǔ)氣罐及管路等組成。空壓機(jī)功率為75 kW，冷干機(jī)功率為2 kW，引風(fēng)機(jī)功率為3 kW。

主要儀器：糧情檢測(cè)系統(tǒng)(河南產(chǎn))、HL-2010氧氣檢測(cè)儀(北京產(chǎn))、U形壓力計(jì)、秒表。

1.3 倉(cāng)房氣密性改造

對(duì)33、34號(hào)倉(cāng)倉(cāng)房門窗采用雙槽管進(jìn)行雙層覆膜處理。使用雙槽管固定聚氯乙烯薄膜(表面)和聚乙烯薄膜(墻膜和地膜)，對(duì)糧堆進(jìn)行六面覆膜，用PVC膠粘接墻膜與地膜的結(jié)合處。此外，對(duì)34號(hào)倉(cāng)穿膜的電纜、測(cè)氣管(圖1)和通風(fēng)管道(圖2)進(jìn)行了特殊處理，而33號(hào)倉(cāng)僅用透明膠帶進(jìn)行密封處理。

圖1 穿膜電纜和測(cè)氣管氣密性改造

圖2 通風(fēng)管道穿膜氣密性改造

采用壓力半衰期法檢測(cè)氣密性改造前后糧堆的氣密性。負(fù)壓測(cè)試-300 Pa到-150 Pa的半衰期結(jié)果分別為：33號(hào)倉(cāng)氣密性改造前為210 s，氣密性改造后為240 s；34號(hào)倉(cāng)氣密性改造前為215 s，氣密性改造后為285 s。

1.4 充氮過程

氮?dú)鈿庹{(diào)時(shí)間為2020年的6月21日至8月21日，8月22日揭膜散氣。充氮過程分3個(gè)階段進(jìn)行，第一階段充氮使糧堆氮?dú)馄骄鶟舛冗_(dá)到97%以上，第二、三階段進(jìn)行補(bǔ)氣，維持糧堆氮?dú)馄骄鶟舛仍?7%以上(表1)。33、34號(hào)倉(cāng)均采用上充下排(先充后排)的充氮方式。充氮期間，制氮機(jī)組制備的氮?dú)饨?jīng)過氮?dú)饪偣艿肋M(jìn)入覆膜下，至覆膜鼓成氣囊后，利用環(huán)流風(fēng)機(jī)從糧堆底部抽出氣體，直至氣囊消失。充氮期間，兩個(gè)倉(cāng)房輪流充氮。

表1 氣調(diào)期間制氮設(shè)備運(yùn)行情況

1.5 溫度和氮?dú)鉂舛葯z測(cè)

根據(jù)糧堆高度，共設(shè)4個(gè)測(cè)溫層。表層測(cè)溫點(diǎn)距離糧面0.5 m，底層測(cè)溫點(diǎn)距離地面0.5 m，中間兩個(gè)測(cè)溫層均勻分布。33號(hào)倉(cāng)每層有56個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，34號(hào)倉(cāng)每層有84個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。在同一測(cè)溫層，四周的測(cè)溫點(diǎn)距離倉(cāng)墻0.5 m，測(cè)溫點(diǎn)間距5 m[5]。

根據(jù)糧堆高度，共設(shè)3個(gè)氮?dú)鉂舛葯z測(cè)層。上層檢測(cè)點(diǎn)在糧堆高3/4處，下層檢測(cè)點(diǎn)在糧堆高1/4處，中間檢測(cè)點(diǎn)在糧堆高1/2處。每層的3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)分布在倉(cāng)房水平面的一條對(duì)角線上，其中，在對(duì)角上分別距離兩個(gè)墻角7 m和3 m處以及中心位置各設(shè)置1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)[2]。

1.6 殺蟲效果評(píng)價(jià)

選取30頭7～14日齡的玉米象、谷蠹、銹赤扁谷盜和赤擬谷盜成蟲，分別置于透氣的蟲籠中，并添加適量食料。玉米象的食料為完整小麥，谷蠹的食料為完整小麥和碎麥混合物(質(zhì)量比1∶1)，銹赤扁谷盜的食料為燕麥、完整小麥和全麥粉的混合物(質(zhì)量比5∶3∶2)，赤擬谷盜的食料為全麥粉和酵母混合物(質(zhì)量比19∶1)[6]。借助透氣探管，在氣調(diào)處理前將蟲籠分別埋置在倉(cāng)房四角和中心位置表層以下30 cm處的糧堆中。8月22日揭膜時(shí)，取出蟲籠，并在30℃、相對(duì)濕度65%的條件下培養(yǎng)1個(gè)月，觀察有無(wú)活蟲。

2 結(jié)果與分析

2.1 糧堆氮?dú)鉂舛茸兓?/h3>

6月21日開始充氮?dú)?。由?月28日以前氮?dú)鉂舛茸兓町愝^大，因此僅記錄6月28日至8月21日間的氮?dú)鉂舛?見圖3和圖4)。

圖3 33號(hào)倉(cāng)氮?dú)鉂舛茸兓?/p>

圖4 34號(hào)倉(cāng)氮?dú)鉂舛茸兓?/p>

在氮?dú)獾谝痪S持階段，33、34號(hào)倉(cāng)在6月28日至7月7日共計(jì)10 d的時(shí)間內(nèi)，全倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛榷季S持在97%以上；在氮?dú)獾诙S持階段，33號(hào)倉(cāng)在7月16日至7月25日共計(jì)10 d的時(shí)間內(nèi)，34號(hào)倉(cāng)在7月16日至7月31日共計(jì)16 d的時(shí)間內(nèi)，全倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛榷季S持在97%以上。這表明34號(hào)倉(cāng)氮?dú)庥行舛染S持時(shí)間更長(zhǎng)。此外，就整個(gè)充氮過程而言，34號(hào)倉(cāng)的制氮電耗(0.44元/t糧)低于33號(hào)倉(cāng)(0.56元/t糧)，這說明34號(hào)倉(cāng)的氣密性比33號(hào)倉(cāng)好，這與倉(cāng)房氣密性測(cè)定結(jié)果相吻合。

在33號(hào)倉(cāng)的氮?dú)饩S持階段，中層的3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)氮?dú)鉂舛葟母叩降鸵来螢椋瑱z測(cè)點(diǎn)1>檢測(cè)點(diǎn)3>檢測(cè)點(diǎn)2，最大差值可達(dá)3.2%，這說明氮?dú)馑椒植疾痪鶆?；每層平均氮?dú)鉂舛葟母叩降鸵来螢橹袑?上層>下層，最大差值可達(dá)3.6%，這說明氮?dú)獯怪狈植疾痪鶆?。整體來看，整倉(cāng)氮?dú)夥植疾痪鶆?，而各檢測(cè)點(diǎn)氮?dú)馑p速率相當(dāng)。34號(hào)倉(cāng)也有類似的發(fā)現(xiàn)。這將會(huì)導(dǎo)致局部氮?dú)鉂舛妊杆偎p至設(shè)定值以下。

2.2 倉(cāng)溫和糧溫變化

6月21日至8月21日，在33號(hào)倉(cāng)，相較于倉(cāng)溫隨外溫的持續(xù)波動(dòng)和整體呈下降趨勢(shì)，平均糧溫呈穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。在第一充氮階段開始充氮的6月21日至充氮結(jié)束后一周的6月28日，盡管倉(cāng)溫上升了1.5℃，但平均糧溫和表層平均糧溫均未發(fā)生明顯變化，這說明充氮操作會(huì)抑制糧溫的增加。此外，在第一維持階段中后期，平均糧溫和表層糧溫均恢復(fù)持續(xù)上升趨勢(shì)，這說明氮?dú)饫湓春谋M，停止了對(duì)糧溫的抑制作用。在33號(hào)倉(cāng)的第二充氮階段，以及34號(hào)倉(cāng)均有類似的發(fā)現(xiàn)，更加證實(shí)了氮?dú)饫湓磳?duì)糧堆的冷卻作用(圖5)。

圖5 33、34號(hào)倉(cāng)倉(cāng)溫和糧溫變化

2.3 害蟲發(fā)生情況

6月21號(hào)充氮前放入蟲籠，到8月22號(hào)揭膜時(shí)取出蟲籠。使用濃度97%的氮?dú)馓幚韮蓚€(gè)月，4種害蟲全部死亡，未發(fā)現(xiàn)存活的后代。

3 結(jié)論與總結(jié)

3.1 盡管34號(hào)倉(cāng)倉(cāng)容較大，但氣密性仍高于33號(hào)倉(cāng)，這說明借助實(shí)木顆粒板、雙槽管和硅酮膠對(duì)穿膜的電纜、測(cè)氣管和通風(fēng)管道進(jìn)行氣密性處理可以大大提高倉(cāng)房的氣密性，從而延長(zhǎng)氮?dú)庥行舛鹊谋３謺r(shí)間，降低氣調(diào)電耗。此外，還可以通過橡膠墊圈密封通風(fēng)口，密封膠和泡沫膠填堵孔洞[4]，雙槽管掛雙層聚氯乙烯薄膜密閉窗口，茂金絲塑料薄膜密閉倉(cāng)門等措施，改善倉(cāng)房的氣密性[7]。

3.2 對(duì)于倉(cāng)容大的糧倉(cāng)，充氮結(jié)束時(shí)氮?dú)鈹U(kuò)散不均勻，需經(jīng)過糧堆內(nèi)部微氣流的緩慢作用，氮?dú)獠拍芊植季鶆?，這會(huì)導(dǎo)致最終局部氮?dú)鉂舛鹊陀谠O(shè)定值。此外，由于儲(chǔ)糧害蟲主要發(fā)生在表層以下50 cm以內(nèi)的糧堆，所以相對(duì)于氮?dú)獾拇怪本鶆蚍植迹獨(dú)獾乃骄鶆蚍植几鼮橹匾??？梢越柚は颅h(huán)流管道[8]，或增加環(huán)流風(fēng)機(jī)數(shù)量，減少通風(fēng)路徑比[9]等，促進(jìn)氮?dú)獾木鶆蚍植肌?/p>

3.3 變壓吸附制氮系統(tǒng)制備的氮?dú)馐抢錃庠?。在充氮操作結(jié)束后的一周內(nèi)，充氮對(duì)覆膜小麥糧堆的平均糧溫和表層糧溫的升高有明顯的抑制作用。有相關(guān)報(bào)道證實(shí)，在充氮操作15 d后，使用變壓吸附制備的氮?dú)饽苡行б种贫i稻谷糧溫的快速升高[10]，而使用氮?dú)獍l(fā)生器產(chǎn)生的氣源對(duì)糧溫沒有直接影響[11]，這應(yīng)該是由不同來源氮?dú)獾臏囟炔煌斐傻摹?/p>

3.4 在氮?dú)鉂舛葹?7%的環(huán)境下放置兩個(gè)月后，4種試蟲全部死亡。在主要儲(chǔ)糧害蟲中，書虱、玉米象對(duì)氮?dú)鈿庹{(diào)的耐受性最低，銹赤扁谷盜和赤擬谷盜居中，而谷蠹的耐受性最高[12]。在本次試驗(yàn)中，氮?dú)鈿庹{(diào)耐受性最高的谷蠹全部死亡，這說明使用濃度97%的氮?dú)馓幚?0 d，可以殺死幾乎所有的儲(chǔ)糧害蟲。如果倉(cāng)房中出現(xiàn)磷化氫抗性較高的銹赤扁谷盜和書虱，可以考慮輪流使用磷化氫熏蒸和氮?dú)鈿庹{(diào)進(jìn)行抗性治理。