磷化氢论文

高大平房仓磷化氢熏蒸浓度扩散分布规律的研究 摘 要：作为粮食储藏的主要杀虫技术，磷化氢（PH 3）环流熏蒸可以显著提高储粮生态环境的安全和稳定。因此，本文开展了高大平房仓小麦储藏的PH 3环流熏蒸试验，采用多点、多层检测，统计并分析了小麦堆内部PH 3浓度的含量及扩散的规律，研究结果表明：环流熏蒸过程中，PH 3浓度扩散速度总体均匀，随着粮堆高度的升高，PH 3平均浓度呈现轻微上升，但上升幅度有限；与此同时，拟合PH 3浓度下降规律发现：PH 3浓度下降速率在40.28ppm/d-43.86ppm/d之间，变化趋势随时间呈线性负相关，拟合方程为CpH3=at+b，下降斜率系

数a 随粮堆深度变化而变化。

关键字：磷化氢 浓度 高大平房仓 环流熏蒸

Study of the distribution of the diffusion concentration of

PH 3 in large scape warehouse

Abstract:

粮食在储藏过程中易受到虫害和霉菌的侵蚀造成质量和数量的下降，而科学的储粮方式可有效降低储粮损失，是保证储粮安全稳定的重要前提。作为“四合一”储粮新技术的重要一环，PH 3熏蒸由于自身高效低廉的特点，被广泛应用了粮食仓储行业。但不科学的PH 3熏蒸导致的害虫抗药性提高，过高浓度的PH 3熏蒸造成安全隐患，可见PH 3熏蒸技术不合理的应用亦会对社会和环境产生负面效应。因此，科学的了解高大平房仓PH 3熏蒸扩散规律，掌握PH 3浓度在环流熏蒸过程中变化，对于安全储粮具有重要的指导意义。 PH 3作为一种熏蒸剂用于防治储粮害虫已有近50年的历史[1]，通过磷化铝、磷化钙的自然潮解释放PH 3气体，作用于害虫活细胞内线粒体，阻碍害虫个体的呼吸作用而致其死亡。相比其他化学药剂，PH 3材料易得，费用低，扩散性能好，钻透性强，杀虫效果显著[2]。但同时PH 3也存在易燃易爆、毒性及腐蚀性等化学特性[3]，专业人员在熏蒸过程需要额外的严格和谨慎，保证相关人员及环境的安全。在熏蒸过程中，PH 3熏蒸对粮仓的气密性也具有严格的要求性[4]。我国近年新建的粮仓按照国家粮仓气密性标准建造，可有效满足PH 3熏蒸工作气密性要求。

目前针对粮食熏蒸过程的研究大多是采用实验室模拟和现场测定的方法[5]。Darby [6]曾根据试验研究提出了谷物吸附熏蒸的数学模型，模拟结果与试验结果吻合。但是由于其试验是在烧瓶内完成的，烧瓶的尺度小于实际粮仓，因此，熏蒸剂很快扩散到整个烧瓶内的谷物中，并各处的熏蒸剂浓度基本相同，由于实验对象仅为小型密闭空间，因此与实际存在一定的差异，该模型难以用于指导实仓熏蒸作业。

为研究实际过程中粮堆内部PH 3浓度扩散分布及变化规律，本文拟对陈桥直属库某号仓房？？吨稻谷进行了实仓PH 3熏蒸实验，实时监测仓内各方位的PH 3浓度变化，再进行统计分析，建立熏蒸过程中PH 3的扩散拟合方程，为实际环流熏蒸作业提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 仓房条件

中储粮淮安直属库陈桥分库，高大平房仓某号仓房；

仓房规格：跨度30m×24m ，堆粮线6m ，仓顶距粮面高度2.5m ；配备完成环流熏蒸设备。 供试粮种：小麦，2015年7月入仓，散装3254t ，粮食平均水分12.7%（实际），杂质含量为0.8%。

主要虫害：麦蛾3头/m2、螨类20头/kg，玉米象2头/kg。

1.2 仓房气密性情况

密封粮仓，启动风机，当压力达到550～600Pa 迅速关闭气密阀门，秒表记录压力从500Pa 衰减至250Pa 时所需的时间，重复3～5次。压力降半衰期分别为64s 、63s 、64s 。

1.3 浓度检测点分布示意图

本次仓房监测点采用梅花点分布，同时统计南北两侧仓门上方；同一检测点垂直方向设计3个检测点，分别为距粮面0.5m 、3m 、6m ，如图1所示。

图1 PH3检测点分布平面图

1.4 实验仪器

5.5KW 环流风机，风量4400m3/h，1台；直径0.22m 不锈钢材质敞口容器，72个；“四合一”气体检测仪，1套；报警装置，1套；空气呼吸器，8套；胶带、海绵胶，数量若干。

1.5 投药量和熏蒸时间

仓内主要害虫为麦蛾及螨类，且各个虫期均存在，考虑到麦蛾对PH 3的抗性较强，设定施药浓度大于300ppm ，采取粮面施药方法，密闭21天。熏蒸期间如浓度达不到要求，则仓外发生器进行补药。

于8月31日，开始第一次投放，使用85%粉剂磷化铝12kg ，均匀放置72个投药盘，分别于投药24h 、48h 、72h 、96h 后开始环流，每次4h 。环流后进行浓度检测。

于9月14日，进行补药，使用56%磷化铝6kg ，使用仓外发生器投药，并连续环流72h 。

2 结果与分析

图2为0.3m 、3m 、6m 粮层深度条件下，PH 3浓度随时间的变化。可以看出，此次熏蒸有效时间分别为1d-14d 和16d-26d ，共计25d 。在环流熏蒸开始的3d 内，整仓粮堆内部PH 3浓度急剧升高，直至到达峰值700.0ppm ，同时结合第二次补药发现，全仓PH 3浓度扩散仍需要3d 才能到达第二次峰值517.8ppm ，这说明粮堆中PH 3扩散需要3d

时间才能扩散均匀。与

此同时，粮堆表层D=0.3m浓度含量高于3m 、6m 粮堆深度PH 3浓度，这可能是因为磷化铝投放位置位于粮堆表面造成的。对比0.3m 、3m 、6m 处浓度变化趋势发现，三者浓度变化趋势一致，下降速率稳定，这可能是因为粮堆籽粒自身存在PH 3吸附[5]，由于底部粮层深度的粮堆平均围压高于表层围压，造成粮堆底部压缩密度大于同一垂直高度方向的表层粮堆[7]，而粮食又作为吸收PH 3的主要因素，也直接导致底层粮食对PH 3吸收快于顶部粮堆。

图2 不同粮层深度PH 3含量随时间变化曲线

图3、4、5分别代表0.3m 、3m 、6m 深度不同方位的粮堆PH 3浓度变化趋势。不同位置的PH 3浓度变化趋势一致，分别在到达峰值后开始缓慢下降。对比三者发现，在熏蒸14天后均出现局部区域PH 3浓度低于300ppm 临界点，为延长熏蒸效果，需进行第二次补药。值得注意，图3、图4、图5均发现东北区域PH 3浓度下降速度快于其他位置，在熏蒸14d 后0.3m 、3m 、6m 处粮层深度的PH 3浓度分别为181、179、180ppm ，这可能是因为此处存在泄漏问题，应当采用更为严格的密闭措施防止出现泄漏现象；同时，西北区域PH 3浓度普遍高于其他方位，在到达峰值后下降速率最为缓慢，而中央处的浓度变化速率始终介于最快和最慢之间，这可能是因为中央区域临近其他各个方位，根据Fick 第二定律[8]，当出现浓度梯度差时，此处PH 3浓度最容易扩散平衡。

图3 0.3m处不同方位的PH 3浓度随时间变化曲线

图43m 处不同方位的PH 3浓度随时间变化曲线

图53m 处不同方位的PH 3浓度随时间变化曲线

由图3-5发现，在不考虑施药和补药期内PH 3未完全释放的前提下，在环流过程中的4-14d 和17-28d 之间，PH 3浓度下降幅度基本一致。通过对环流熏蒸4-14d 后的粮堆内部PH 3浓度变化分析并拟合得图6。PH 3的下降趋势与时间呈显著线性关系，不同粮层深度的浓度变化趋势一致，下降速率在40.28ppm/d~42.89ppm/d范围内。具体拟合方程如下：

当0.3m 深度粮层的PH 3浓度下降拟合方程为：

Cp H3=−42.89t +897.15 （调整R =0.988）。

当粮堆深度为3m 时，拟合方程为：

Cp H3=−40.28t +836.84 （调整R =0.984）；

当粮堆深度为6m 时，拟合方程为：

Cp H3=−41.72t +818.02 （调整R =0.961）。

在初始4-14天环流熏蒸条件下，粮堆中央区域（D=3m处）下降速率最慢，而顶层（D=0.3m）和底层（D=6m）下降速率偏高，但是总体偏差不超过3ppm/d；总体浓度变化呈现线性下降，粮堆内部PH 3浓度含量随时间延长直线下降。

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p H 3浓度（p p m ）时间（d ）

图4 （4-14天）粮堆PH 3浓度变化与时间关系

在对16-26d 不同粮层PH 3浓度变化规律分析得图5。在第二次补药环流熏蒸条件下（16-26天），所有粮层深度总体浓度变化呈现线性下降，下降速度在41.58ppm/d~43.86ppm/d范围内，对比图4发现，仍呈现中间粮层（D=3m）PH 3浓度下降速度慢于上下粮层。

当0.3m 深度粮层的PH 3浓度下降拟合方程为：

Cp H3=−41.85t +1184.30（调整R 2=0.983）。

当粮堆深度为3m 时，拟合方程为：

Cp H3=−41.58t +1170.05（调整R 2=0.976）；

当粮堆深度为6m 时，拟合方程为：

Cp H3=−43.86t +1216.25（调整R 2=0.976）。

p H 3浓度（p p m ）时间（d ）

图4 （16-26天）粮堆PH 3浓度变化与时间关系

3 结论

通过PH 3环流熏蒸实验研究发现，PH 3浓度扩散速度总体均匀，随着粮堆高度的增加，PH 3平均浓度呈现缓慢上升，但上升幅度有限；在熏蒸过程中，粮堆不同位置的PH 3浓度变化速度

有差异，东北区域粮面呈现显著下降，应当采取合适的密封措施防止出现泄漏现象；此次仓房PH 3浓度下降速率在40.28ppm/d-43.86ppm/d之间，变化趋势随时间呈线性下降关系，拟合方程为Cp H3=at +b，下降斜率系数a 随粮堆深度变化而变化。

参考文献

[1] 张来林, 陆亨久, 尚科旗. 磷化氢熏蒸杀虫存在的问题及改进措施[J]. 粮食科技与经济, 2005, 30(5):38-39.

[2] 吴梅松. 浅谈提高磷化氢熏蒸杀虫效果的技术途径[J]. 粮食储藏, 1997(3):13-16.

[3] 庞文渌. 磷化氢熏蒸的安全防护[J]. 粮食流通技术, 2002(02):34-36.

[4] Isa, Z.M., et al., Mathematical modelling and numerical simulation of PHosPHine flow during grain fumigation

in leaky cylindrical silos. Journal of Stored Products Research, 2016. 67: p. 28-40.

[5] 王远成, Graham R Thorpe, 赵会义, 等. 储粮熏蒸过程中磷化氢浓度的分布模型及验证研究[J]. 中国粮油学

报, 2015, 30(7):81-84.

[6] Darby J A. A kinetic model of fumigant sorption by grain using batch experimental data.[J]. Pest Management Science, 2008, 64(64):519-26.

[7]程绪铎, 杜小翠, 高梦瑶, 等. 玉米堆压缩特性的实验研究[J]. 粮食储藏, 2015, 44(4):10-15.

[8]潘永康. 现代干燥技术[M]. 化学工业出版社, 1998.