硫酰氟氣體在不同品種糧堆擴散規律比較研究

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研究院，北京 100037；2.安徽現代糧食物流中心庫，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）

儲糧糧堆呈現多孔介質特征，糧堆的宏觀特性參數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，會導致氣流在糧堆內部流動和分布上的差異[1-3]。江利國[4]等發現磷化氫熏蒸效果因糧種不同而異，而導致效果差異的主要因素就是氣體在糧堆內的擴散和分布狀態。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。大部分地區均需在糧油入倉后進行首次熏蒸殺蟲，之后每年基本進行一次熏蒸殺蟲。這三大糧種的安全儲備直接關系到我國糧油戰略安全，而硫酰氟是我國倉儲行業具有潛在推廣應用價值的熏蒸劑，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散和分布規律，為指導倉儲企業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儲備。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

表1 試驗倉房情況Table 1 Experimental warehouse

1.2 儀器及設備

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。環流風機（功率7.5 kW），倉內環流管（直徑1.1 m）：安徽省華糧糧油儲運有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 氣密性檢測

全倉密閉（窗戶，軸流風機口，檢查口，通風口）只留一個通風口連接小功率（3 kW）風機，對面檢測管連接壓力計，開始壓入或吸出。負壓吸出至壓力計–350 Pa時，關停風機，快速關閉風機閥門，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

采取倉內糧面施藥和倉外稱重施藥的方式。根據預設濃度計算好用藥量，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，以防汽化過程產生的低溫導致糧食結露。施藥人員佩戴好自給式呼吸器，同時依次由內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

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

1.3.4 氣體采樣點布置及濃度檢測

整倉熏蒸布置點：倉內對角線三點，每個點上、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）。空間中間1個（糧面與天花板之間的中心位置）。

投藥結束每 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 熏蒸后害蟲長期監測

熏蒸結束后，在糧堆上層0.2 m、中層3 m、下層 5 m，分別進行扦樣檢查，進行長期害蟲檢測。熏蒸后1個月內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，其余時間隨機抽查。并進行結果記錄。

1.4 數據處理

用WPS Office Excel 2020處理數據。

2 結果與分析

2.1 硫酰氟在3個糧種糧堆的擴散速度

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

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，整倉氣體濃度已經實現了均勻（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

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

表9 硫酰氟氣體在糧堆內部分布均勻性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性最大，而本試驗中，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，會隨著溫度和水分含量的增加而增加[6]，此次試驗中稻谷含水量最高，因此對硫酰氟的吸附量要高于其他兩種糧食。

2.3 殺蟲（防護效果）分析

表10結果顯示，熏蒸各倉6個月內均未發現活蟲（含粘蟲板）。

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

3 討論

氣體擴散過程受藥劑濃度、氣密性和糧粒吸附等因素導致的藥劑衰減、以及糧層間的阻力等因素密切相關。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。本研究結果表明硫酰氟氣體在不同糧種中的擴散速度是大豆>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，有利于氣體擴散。有研究表明，氣流在稻谷糧堆橫向擴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，而相應的阻力會增加。有相關研究證實稻谷和小麥的單位通風量越大，糧層阻力越大的現象[8-9]。本研究中，對于小麥，熏蒸濃度為10 g/m3的倉房擴散效果要稍差于8 g/m3的倉房。對稻谷同樣呈現了這樣的現象。

對于熏蒸過程中糧粒對熏蒸藥劑的吸附作用，江利國等認為磷化氫在糧堆內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[4]。本研究結果表明，在三個糧種中，稻谷對于硫酰氟的吸附作用可能最強，而根據Hwaidi報道，硫酰氟吸附率與初始濃度無關，與溫度和水分含量相關[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一步檢測和研究。

4 結論

硫酰氟氣體在不同糧種中的擴散速度是大豆>稻谷>小麥；大豆糧堆最快在熏蒸后8 h后，可實現整倉氣體均勻；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現6個月無蟲期的防護效果。