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(zé)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(huì)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?dú)庹{(diào)殺蟲［1］。隨著機(jī)械充氮技術(shù)的逐漸成熟，機(jī)械充氮?dú)⑾x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(hù)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。

機(jī)械充氮?dú)庹{(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(jī)械充氮?dú)庹{(diào)維持不同內(nèi)襯煙葉儲(chǔ)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(dá)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(qiáng)等［4］研究驗(yàn)證氮?dú)鈱μ状鼰熑~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(shí)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(hù)的有效應(yīng)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?dú)庹{(diào)雖然對煙草害蟲具有較好的防治效果［6］，但是由于設(shè)備工藝、降氧效率、維持時(shí)長等原因，導(dǎo)致充氮?dú)庹{(diào)防蟲的時(shí)間較長，影響煙葉原料倉儲(chǔ)和工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度。本研究基于充氮?dú)庹{(diào)防蟲技術(shù)的快速殺蟲技術(shù)，減少機(jī)械充氮降氧時(shí)長，提高降氧效率，縮短機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)殺蟲時(shí)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(jī)械充氮?dú)庹{(diào)技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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(shí)采用混合蟲態(tài)，蟲樣中存在各個(gè)蟲態(tài)。

試驗(yàn)儀器與設(shè)備：機(jī)械充氮設(shè)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?dú)怃撈?、溫濕度檢測儀、氧氣檢測儀、二氧化碳檢測儀、熱合機(jī)、通風(fēng)接口、尼龍復(fù)合膜、密封膠槽、密封膠條、毛筆、PVC 管材、養(yǎng)蟲容器、標(biāo)簽紙等。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在湖北中煙工業(yè)有限責(zé)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(jìn)行。

試驗(yàn)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(fù)合膜制作的帳幕覆蓋并密封。

1.2.1 處理設(shè)置 基于機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)的快速殺蟲效果實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)按表1 設(shè)置，快速殺蟲效果倉庫試驗(yàn)按表2 設(shè)置，機(jī)械充氮設(shè)備工藝優(yōu)化試驗(yàn)按表3 設(shè)置。

表1 快速殺蟲效果實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)設(shè)置

表2 快速殺蟲效果倉庫試驗(yàn)設(shè)置

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

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

表3 工藝優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)置

2 結(jié)果與分析

2.1 快速殺蟲效果驗(yàn)證

2.1.1 殺蟲試驗(yàn)過程中環(huán)境溫濕度情況 試驗(yàn)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(dòng)，對煙蟲的正常活動(dòng)無影響，溫濕度條件符合殺蟲要求。具體情況見圖1。

圖1 殺蟲試驗(yàn)過程中環(huán)境溫濕度變化

2.1.2 實(shí)驗(yàn)室殺蟲效果評價(jià) 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(shí)驗(yàn)室蟲樣檢查結(jié)果見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)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(jià) 以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)殺蟲結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行了倉庫條件殺蟲驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)中殺蟲氣體與煙草甲蟲直接接觸，而倉庫試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室殺蟲周期略長，與實(shí)際煙葉原料殺蟲的情況相符。

2.2 充氮設(shè)備工藝優(yōu)化驗(yàn)證

2.2.1 試驗(yàn)過程溫濕度情況 驗(yàn)證試驗(yàn)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(dòng)，對試驗(yàn)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(yàn)證試驗(yàn)過程的溫濕度情況

2.2.2 不同模式下充氮設(shè)備降氧效率 分別驗(yàn)證傳統(tǒng)模式和循環(huán)模式下，制氮機(jī)將O2濃度降至有效殺蟲濃度（2%以下）的時(shí)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(yàn)結(jié)果表明，制氮機(jī)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(dá)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(gè)輪次的抽負(fù)壓-充氮操作，垛內(nèi)O2濃度勻速下降，而循環(huán)模式設(shè)備運(yùn)行前期（O2濃度10%以上時(shí)），氧氣濃度下降較快，平均每小時(shí)下降4.36 個(gè)百分點(diǎn)，后期（O2濃度10%以下）下降速度較慢，從10%～5%平均每小時(shí)下降2.16 個(gè)百分點(diǎn)，從5%～2%平均每小時(shí)下降0.75 個(gè)百分點(diǎn)；研究使用的制氮機(jī)設(shè)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(yùn)行能耗。

3 小結(jié)與討論

在低氧的情況下，排除煙葉倉庫儲(chǔ)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(shí)，改進(jìn)充氮設(shè)備工藝，由原來的傳統(tǒng)抽負(fù)壓-充氮降氧模式改進(jìn)為循環(huán)降氧模式，可以大幅提升降氧效率，效率提升可達(dá)35%左右。通過充氮設(shè)備工藝優(yōu)化和充氮+二氧化碳混合殺蟲的方式，可以實(shí)現(xiàn)基于機(jī)械充氮的快速殺蟲，有效解決煙葉原料充氮?dú)⑾x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(shè)備設(shè)計(jì)集成與優(yōu)化，解決制氮設(shè)備備案和安全管控的難題，通過集成設(shè)備管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾难h(huán)利用，提升氮?dú)獾睦寐?，提升機(jī)械充氮?dú)⑾x降氧作業(yè)效率?；跈C(jī)械充氮?dú)庹{(diào)的快速殺蟲技術(shù)基于充氮設(shè)備的設(shè)計(jì)、工藝及配套管道設(shè)計(jì)優(yōu)化和殺蟲方式改進(jìn)，是在原有技術(shù)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上對機(jī)械充氮技術(shù)的進(jìn)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(jì)效益和社會(huì)效益。