陈渠玲 陈昌勇 张源泉 毛青秀 石天玉 裴健儒 甘平洋 朱凤霞

【摘要】氮气气调是国际上公认的绿色储粮技术，具有防治储粮害虫和抑制霉菌的作用。本研究通过使用移动式膜分离制氮机对安装横向通风系统的24m跨度高大平房仓进行氮气气调杀虫实验。结果表明，膜下环流氮气气调技术在配有横向通风系统的24m跨度的平房仓内应用工艺安全可行，杀虫效果良好可达到100%。

【关键词】氮气气调；横向通风系统；24m跨度

粮食安全始终是关系国计民生的重大问题，随着人们对绿色粮油食品需求的不断扩大，粮食储藏技术正从过去突出“减损降耗”“保质安全”，向“绿色健康”“环保低碳”方向发展。与传统的化学药剂熏蒸防治虫害的方式相比，氮气气调储粮作为国际上公认的绿色储粮技术，具有杀虫抑菌、延缓粮食品质劣变和绿色环保等优势，可代替或减少化学药剂在储粮上的使用，保障人员、粮食和环境安全。目前，国内外专家学者对氮气气调防治储粮害虫的机理和应用都做了一定的研究，氮气气调杀虫机理主要是低氧致死，国内在江浙、福建地区进行了大量应用，但氮气气调在湖南地区的应用还未见报道。

本研究通过对湖南地区24m跨度的具有横向通风系统的高大平房仓进行膜下环流氮气气调工艺实验，探索湖南地区横向通风平房仓充氮气调过程中的氮气浓度变化情况及杀虫效果，为氮气气调储粮技术的进一步推广应用提供依据。

1材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验仓房

选用湖南粮食集团开慧粮库OP4号仓作为横向充氮气调杀虫实验仓，该仓为高大平房仓，长36m，宽24m，装粮安全线高6m；设计仓容3800t；粮面用茂金丝复合粮食专用膜密封。

1.1.2实验通风系统

本实验仓房横向通风系统如图1所示。同时装有智能充氮气调阀門箱与仓内风道连接，详见图2。

1.1.3实验粮基本情况

实验仓散装储存2773.6t晚籼稻谷，实验粮基本情况见表1。

1.1.4实验设备和材料

CHMY-120型移动式膜分离制氮机：北京长顺安达测控技术有限公司；X-am5600型氧气浓度测定仪：德国德尔格有限公司；PSS-3600型空气呼吸器：德国德尔格有限公司；仓房气密性测定仪：河南金明自动化设备有限公司；数字微压计：上海亿欧仪表设备有限公司；2XZ-0.25旋片式真空抽气泵：上海双鹅制冷设备公司：埋入式毕托管：河南未来机电工程有限公司；半硬质空压管：上海联坤材料有限公司。

1.2实验方法

1.2.1害虫虫口密度检测

南、北、中三个方位，在粮面下0.3m和5.7113共16个检测点，筛检结果显示平均虫口密度为10头/kg（见图3）。

1.2.2氮气检测点布置

粮堆内部共布置23个检测点。将23根埋入式毕托管埋入粮堆内预定位置并通过半硬质空压管引出到仓外检测口，用于仓内氮气浓度检测。

具体布点如图4所示：在粮堆中心位置布置1个检测点，在距离粮堆表面1m和距离仓房底部1m水平布置2层检测点，每层按图4布置11个点，检测点距离仓壁不超过1m。

1.2.3虫笼放置

在图4中的1～11号布点距离粮堆表面30cm位置放置11个虫笼，每个虫笼分别装入150g稻谷和50头从仓内筛选出来的试虫，主要虫种有锈赤扁谷盗、玉米象。

1.2.4气密性测试

按照GB/T 25229-2010《粮油储藏平房仓气密性要求》，采用负压压力衰减测试法，粮面和大门覆膜后，使用仓房气密性测定仪和数字微压计进行气密性测试，通过测定-300～-150Pa的半衰期，得到仓房气密性为153s，为熏蒸储粮一级仓标准、气调储粮二级仓标准。

1.2.5氮气浓度检测

使用氧气浓度测定仪测定23个氮气检测点的氧气浓度然后换算成氮气浓度，每隔4h检测一次。

1.2.6膜下环流氮气气调储粮工艺

1.2.6.1第一阶段（低浓度高流量充环阶段）

将制氮机氮气出口与仓房充氮气调阀门箱进气口连接，制氮机原料气三通入口与仓房充氮气调阀门箱出气口连接，形成闭合回路。开启制氮机，将出口浓度调节到96%，流量120～140m3/h，在粮堆保持微负压状态（薄膜紧贴粮面）下进行环流充氮。整个阶段自4月20日18：00开始，4月21日18：00结束，用时21h。

1.2.6.2第二阶段（高浓度低流量充环纯化阶段）

当仓内平均氮气浓度达到95%左右时，将出口浓度调节至98%，流量98～10lm3/h，继续环流纯化充氮，进一步提高仓内氮气浓度。

1.2.6.3第三阶段（直充鼓膜阶段）

断开制氮机原料气三通入口与仓房充氮气调阀门箱出气口的连接，完全打开空气补偿阀，将制氮机出口浓度调节至98.8%，流量110～130m3/h，直接往粮仓内冲入氮气至膜鼓起，形成气囊。4月25日16：00关闭制氮机，用时19h。

1.2.6.4第四阶段（气囊维持自然平衡阶段）

4月26日至5月14日，关闭制氮机，使氮气气囊自然衰减，每隔2天检测一次仓内氮气浓度，当粮堆平均浓度下降至95%以下时需及时补气。

1.2.6.5第五阶段（一次补气阶段）

5月14日11：00开启制氮机进行第一次补充氮气。出口浓度调节98.7%，流量75～85m3/h。用时16h。关闭制氮机后开启环流风机12h。

1.2.6.6第六阶段（二次气囊维持自然平衡阶段）

5月15日至5月29日，关闭制氮机，使氮气气囊自然衰减，每隔2天检测一次仓内氮气浓度，粮堆平均浓度下降至95%以下后需及时补气。

1.2.6.7第七阶段（二次补气阶段）

5月29日进行第二次补气，将制氮机出口浓度调节到98%，进行仓内环流纯化和补气操作。当仓内平均浓度达到96.5%时调节出口浓度到98.5%继续环流纯化，当仓内平均浓度达到97%时调节出口浓度到98.7%直冲鼓膜，气囊充满1/3后再关闭空气阀进行气囊状态下仓内循环工艺，当薄膜套贴回粮面时再进行直充鼓膜，直至薄膜全部鼓起，补气结束。

1.2.6.8第八阶段（三次气囊维持自然平衡阶段）

6月2日至6月22日，关闭制氮机，使氮气气囊自然衰减，定时检测氮气浓度，6月22取出虫笼进行杀虫效果检测。

2结果与分析

2.1各阶段氮气浓度

在氮气气调实验的各个阶按照要求对仓内23个氮气浓度检测点进行检测，各截面每个阶段的氮气浓度见表2。

从表2可以看出，在充氮气调工艺中，高浓度氮气峰面由南向北不断推进。在第一阶段的低浓度高流量充环纯化工艺中，氮气浓度上升较快，仅用21h仓内平均氮气浓度就由初始的79.1%，提高到94.8%，这是因为充氮刚开始时，仓内的各点氮气浓度与充入氮气浓度差值较大，氧气置换效率较高，随着时間的推移，各点氮气浓度与充入氮气浓度差值迅速缩小，氧气置换效率降低。刘进吉等也发现了相同的现象。第二阶段当仓内平均氮气浓度达到96.5%时，仓内氮气浓度下降缓慢，每4个小时浓度仅下降0.1%左右，也是因为仓内氮气浓度与充入仓内的浓度差太小，会导致能耗上升、效率降低，应立即提高制氮机出口氮气浓度或直充鼓膜。第七阶段的二次补气效果明显，这是由于加入了气囊状态下仓内循环工艺，使粮堆氮气浓度显著上升。

从第四至第八阶段可以看出，充满气囊可维持14～21d，这表明仓房具有良好的气密性，符合氮气气调储粮条件。

2.2杀虫效果分析

在充气过程中观察发现粮仓内害虫有趋向于氮气浓度较低（氧气浓度较高）的区域活动的规律，尤其以粮面覆膜的胶合处和大门槽管处最为集中，在粮仓内氮气浓度逐渐提升后，害虫的活动强度逐渐减弱，并有虫口死亡现象出现。

充氮后的第58天取出埋在粮堆中的11个虫笼，筛检发现所有试虫都已死亡，杀虫率100%。同时按照害虫虫口密度检测中的方法筛检粮堆中的16个点，未发现活虫。黄浙文等研究也发现，98%左右的氮气浓度可杀死的各种锈赤扁谷盗虫态。由此可以看出，保持粮堆98%左右的氮气浓度58d对储粮害虫有很好的杀害作用。

2.3成本核算分析

本次实验实际累计耗电量为3 785kW·h，每度电的电价为0.644元，粮堆总质量为2 773.6t，吨粮能耗为1.36kW·h，吨粮成本为0.88元。实验仓仓顶安装太阳能光伏系统，若综合考虑核算成本会更低。

3结论

（1）氮气浓度达到98%左右，维持58d可以彻底有效地杀死储粮害虫，实现绿色安全储粮。所以，在保证仓内氮气浓度和密闭时间的前提下，充氮气调是行之有效的杀死储粮害虫的方法，特别是对日益严重的具有高磷化氢抗性的锈赤扁谷盗有很好的灭杀效果。

（2）实验证明，膜下环流充氮气调在24m跨度的横向通风平房仓内实施具备很高的可行性，横向通风系统结合仓房氮气气调环流系统能很好地适应氮气气调储粮要求。

（3）氮气气调杀虫效果与仓房气密性紧密相关，气密性效果越好，气囊维持越久，氮气浓度下降越缓慢，气调工艺实施成本越低，所以气调实验前一定要做好仓房气密性检查、补漏和改造工作。

（4）通过本次实仓测试发现，横向通风系统膜下环流气调工艺，初期浓度提升阶段可减少分步提升浓度次数，建议一次性将仓内浓度提升到98%以上（达到杀虫要求浓度），减少膜分离制氮机运行时间，降低氮气气调工艺运行成本。补气阶段可在仓内有1/3高浓度气囊状态时进行循环纯化工艺，加快粮堆氮气浓度升高速度。