利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法与系统

摘要

本发明涉及利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法与系统。利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法，其特征在于：将生物质电厂烟气经处理得到二氧化碳体积浓度大于85%的处理后的烟气，然后采用方式Ⅰ或方式Ⅱ或两者的组合对密闭空间有害生物进行防治处理：方式Ⅰ：在休耕期内向密闭空间持续通处理后的烟气处理；方式Ⅱ：在密闭空间作物种植过程中的作物发生病虫害时，向密闭空间间隔重复通处理后的烟气进行处理。该防治方法用于密闭空间有害生物的防治效果好，防治安全，循环经济效益好。

说明书

技术领域

本发明涉及农业与环保能源领域，尤其涉及利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法与系统。 

背景技术

截止2010年，我国的日光温室种植面积已超过500万亩，塑料大棚种植面积超过1000万亩。大棚作物在生长过程中常受到各种病虫害的侵扰，如各种真菌、细菌性病害，及各种刺吸式、蛾类、甲虫等害虫，其中真菌类病害与刺吸式、蛾类害虫危害最为严重。且随着我国温室及大棚的大力发展，以病害、虫害为主的有害生物的流行时间与程度也均有不同程度的提高。并且温室及大棚中高温高湿的生态环境也会使得诸多害虫与病菌在温室及大棚内不用越冬，而可以周年流行危害，蔓延快，危害重，防治难度加大，若防治措施采取不当，极易造成严重损失。 

目前生物防治与物理防治措施效果还不明显，所以密闭空间中有害生物的主要防治手段仍然严重依赖于化学防治。而化学农药的长期大量使用不仅造成病虫害抗药性的急剧提高，还造成环境污染。同时病害孢子、菌丝与虫害的卵、蛹、老熟幼虫等有害生物繁殖体在密闭空间内的累积量也显著上升。 

随着经济发展与人民生活水平的提高，无公害食品已成为广大民众生活最基本要求，绿色农业与有机农业的发展也日益受到政府重视与消费者的青睐，而其中极为重要的的控制环节即是各种对人体高毒、中毒的化学农药的限量使用甚至禁用。有机农业已明确禁止投用各种人工合成的化学肥料与农药。因而发展一种环保、高效的密闭空间内有害生物防治方法势在必行，意义重大。 

关于二氧化碳防治病虫害的研究由来已久，最早可追溯到20世纪初。1918年澳大利亚对于在大规模储藏粮食中使用二氧化碳进行害虫防治的可能性就做过探讨。1985年汪廷魁利用二氧化碳防治绿豆象，7天后成虫死亡率100%；处理生了腐食螨的大麻叶锋标本，7天后防治效果为100%。Gerard Nicolas综述了二氧化碳对各种昆虫的急性与慢性影响（Immediate and latent effects of carbon dioxide on insects. Annual review of entomology. 1989. 34.97-116）。德国小蠊（Blattella germanica）置于40%体积浓度的二氧化碳麻痹死亡，经生理生化分析，其尸体体液严重酸化，多数酶活性被抑制，且发现有有毒的二氧化碳化合物，直接导致其死亡。低浓度的二氧化碳可放松蝗虫气门肌肉的闭合，使其气门处于持续开放状态，导致其体内水分大量散失，体液电势电位显著升高，Na/K离子平衡被破坏，肌体出现抽搐，然后死亡。 

上述实验研究表明：二氧化碳防治病虫害已有了一定的进展，并且到目前为止，未发现到任何有关二氧化碳防治病虫害会产生抗药性的报道，然而上述研究均处于实验室研究阶段，没有明确的使用操作说明，且采用气源为二氧化碳纯品，成本高昂，无法用于实际生产，推广应用。 

生物质电厂是利用生物质与过量空气在锅炉中燃烧，产生的热烟气与锅炉的热交换部分换热，产生高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功发出电能。生物质电厂所燃烧生物质主要来源于小麦秸秆、玉米秸秆、稻草稻壳、棉花秸秆、林业采伐及加工剩余物等农林废弃物，因此具有量大、分布广泛、可再生性、低污染、无二氧化碳近排放等特点。由于不同生物质电厂燃烧的生物质种类的不同，烟气中各组分的含量略有差异，一般生物质电厂排放烟气中二氧化碳的体积浓度约为14％，SO₂等污染物的含量为50ppm。与火电厂等排放烟气相比，生物质电厂烟气中SO₂等污染物的含量减少了85%以上，可直接排放。 

发明内容

本发明是结合二氧化碳杀虫灭菌的现有研究情况，并立足于生物质电厂烟气的综合利用，而提供一种利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法及其系统。该防治方法防治效果好，防治安全，循环经济效益好。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为： 

利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法，其特征在于：将生物质电厂烟气经处理得到二氧化碳体积浓度大于85% 的处理后的烟气，然后采用方式Ⅰ或方式Ⅱ或两者的组合对密闭空间有害生物进行防治处理： 

方式Ⅰ：在休耕期内向密闭空间持续通处理后的烟气，使密闭空间内气体压力达到0.110～0.140Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到50%～90%，保持一段时间，停止通气，至密闭空间恢复到正常状态；

方式Ⅱ：在密闭空间作物种植过程中的作物发生病虫害时，向密闭空间持续通处理后的烟气，使密闭空间内气体压力达到0.110～0.140Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到50%～90%，每次持续处理时间控制在15～60分钟，然后停止通气待其恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔一段时间后重复通处理后的烟气进行处理。

按上述方案，所述密闭空间为温室或大棚。 

按上述方案，所述方式Ⅰ中密闭空间处于高温闷棚期，密闭空间内的温度为40-75℃，优选为65℃，持续通气时间为8-12天，优选为10天，压力优选为0.110-0.120Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度优选为80-90%。 

按上述方案，所述方式Ⅱ中每次间隔时间为2-10小时，重复次数为3-10次，密闭空间内的温度为15-35℃。 

按上述方案，所述生物质电厂烟气是经气水分离、变压吸附处理而得，所述吸附剂为特异性二氧化碳选择吸附剂，吸附压力为0.5-1.5MPa。 

按上述方案，所述的特异性二氧化碳选择吸附剂为硅胶或活性炭或分子筛。 

按上述方案，所述生物质电厂烟气经处理进入密闭空间内的处理烟气压力优选为0.30～0.50MPa，特别优选为0.35MPa。 

利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治系统，包括烟气处理装置、处理烟气储气罐、控制单元，所述烟气处理装置的出料管路与处理烟气储气罐相连，处理烟气储气罐与密闭空间相连，处理烟气储气罐和密闭空间之间的进气管路上设有第一调节阀，所述密闭空间内部设有第一压力监测传感器与二氧化碳浓度监测传感器，所述密闭空间上方设有第一放空阀，所述控制单元分别与第一压力监测传感器和二氧化碳浓度监测传感器相连，接收其检测信号，并与第一调节阀和第一放空阀相连，相应控制第一调节阀和第一放空阀的开度而调控密闭空间内的气压和二氧化碳的浓度至设定范围。 

按上述方案，所述的烟气处理装置包括气水分离装置、气体压缩装置和变压吸附装置，所述的变压吸附装置为多床变压吸附，由多个吸附单塔并排组成，各吸附单塔内装填有特异性二氧化碳选择吸附剂，各吸附单塔顶部设有第二放空阀，底部分设两个支管，分别作为各吸附单塔的进料支管和出料支管，各进料支管上设有进料调节阀，并相连通组成进料总管路，各出料支管上设有出料调节阀，并相连通组成出料总管路，所述气水分离装置的出气端与气体压缩装置相连，气体压缩装置与变压吸附装置的进料总管路相连，变压吸附装置的出料总管路与处理烟气储气罐相连。 

具体变压吸附处理步骤为：在各吸附单塔进气阀和第二放空阀都打开的状态下，通入生物质电厂烟气，生物质电厂烟气同时进入处于吸附状态的多个吸附单塔，由下而上通过吸附剂床层，出塔气放空，当被吸附烟气前沿接近吸附床层出口时，关闭变压吸附装置的进气阀和第二放空阀，停止通气，使其停止吸附，打开出料阀，使CO₂解吸后逆着吸附方向排放至处理烟气储气罐储存备用，当吸附单塔内压力降到常压后，通入生物质电厂烟气进行吹扫，使吸附剂得到完全再生，吹扫气放空，之后逐渐升压至吸附压力开始下一个吸附循环过程。 

按上述方案，所述处理烟气储气罐中设有第二压力监测传感器，所述处理烟气储气罐上方设有第二调节阀，所述的控制单元分别与第二压力监测传感器相连，接收其检测信号，并与第二调节阀相连，相应控制处理烟气储气罐的出口压力即进入密闭空间内的处理烟气压力至设定压力。 

按上述方案，所述的密闭空间内还设置有温度监测传感器，与控制单元相连监测密闭空间内的温度。 

按上述方案，所述的密闭空间通风端与引风机相连引风。 

本发明通过对生物质电厂的烟气进行纯化处理，获得二氧化碳含量高、其他有害组分含量低的烟气，然后对处于休耕期或病害发生期的密闭空间进行通烟气处理，可安全、有效防除各种残留的有害生物繁殖体诸如各种真菌、细菌孢子、虫卵、虫蛹等，积极促进绿色农业与有机农业的发展。另外通过控制处理后的烟气中二氧化碳的含量，也可在密闭空间植物生长期间作气肥使用，提高种植作物的产量，进一步实现生物质电厂烟气的综合利用。利用吸附剂对不同气体的吸附容量随压力的不同而有差异的特性，采用变压吸附：加压吸附烟气中的二氧化碳，减压解吸，而其它弱吸附组分不被吸附而通过吸附床层，可很好地达到浓缩生物质烟气中二氧化碳，同时进一步降低烟气中SO₂等有害组分含量的目的。 

本发明的有益效果： 

本发明利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治方法工艺简单，效果良好，防治安全，无抗药性，无残留；

采用生物质电厂烟气作防治原料，循环经济效益好，便于推广应用；

可实现自动化控制，操作简便。

附图说明

图1为本发明利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治系统示意图。 

图中：1 气水分离器，2压缩机，3变压吸附装置，4 处理烟气储气罐，5 密闭空间，6 控制单元，7 进料调节阀，8 出料调节阀，9 第二放空阀，10 第二调节阀，11 第二压力监测传感器，12 进气调节阀，13 第一压力监测传感器，14二氧化碳浓度监测传感器，15温度监测传感器，16 第一放空阀，17 引风机。 

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的发明内容进行进一步地说明，但本发明并不限定于此。

本发明所述有害生物包括各种可危害农作物的昆虫、节肢动物、线虫、真菌、细菌等繁殖体，对其没有特别限定。例如灰霉、菌核、疫、叶霉、霜霉等病害的孢子、菌丝体等，蚜虫、烟粉虱、小菜蛾，夜蛾等虫害的卵、蛹等繁殖体，线虫等。 

实施例1-6 

具体试验方法：

选取有相应病虫害历史发生记录的试验田块，密闭空间如大棚或温室种植作物。分别对试验作物进行烟气处理，作烟气处理组；进行化学防治处理，做对照处理组；另选取一小块试验田块，不做任何防害处理，作空白对照组，采用以下公式计算病虫害防治率：

害虫防治率（%）=[1-（虫数/空白对照组的虫数）]×100；

病害防治率（%）=[1-（发病指数/空白对照组的发病指数）]×100； 

实施例1

试验田块：小菜蛾历史发生较为严重的试验田块。

试验作物：卷心菜，温室种植。 

烟气处理组： 

利用生物质电厂烟气的密闭空间有害生物防治系统，包括气水分离器（1）、压缩机（2）、变压吸附装置（3）、处理烟气储气罐（4）、控制单元（6），所述的变压吸附装置由4个吸附单塔并排组成，各吸附单塔内装填有特异性二氧化碳选择吸附剂分子筛，各吸附单塔顶部设有第二放空阀（9），底部分设两个支管，分别作为各吸附单塔的进料支管和出料支管，呈三通管状，各进料支管上设有进料调节阀（7），并相连通组成进料总管路，各出料支管上设有出料调节阀（8），并相连通组成出料总管路，所述气水分离器（1）的出气端与压缩机（2）相连，压缩机与变压吸附装置（3）的进料总管路相连，变压吸附装置的出料总管路与处理烟气储气罐（4）相连，处理烟气储气罐与密闭空间（5）相连，处理烟气储气罐和密闭空间之间的进气管路上设有第一调节阀（12），所述密闭空间内部上方设有第一压力监测传感器（13）与二氧化碳浓度监测传感器（14），所述密闭空间上方设有第一放空阀，所述控制单元（6）分别与第一压力监测传感器和二氧化碳浓度监测传感器相连，接收其检测信号，并与第一调节阀和第一放空阀相连，相应控制第一调节阀和第一放空阀的开度而调控密闭空间内的气压和二氧化碳的浓度至设定范围，所述密闭空间通风端与引风机（17）相连引风。所述的处理烟气储气罐中设有第二压力监测传感器（11）和第二调节阀(10)，所述的控制单元分别与第二压力监测传感器相连，接收其检测信号，并与第二调节阀相连，相应控制烟气储气罐的出口压力即进入密闭空间内的处理烟气压力至设定压力；所述的密闭空间内上方还设置有温度监测传感器(15)，与控制单元相连，以监控密闭空间内的温度；所述的密闭空间相应为温室。

采用如上密闭空间有害生物防治系统，将生物质电厂排放的温度为140℃、CO₂含量为14%的烟气经气水分离器分离，然后经压缩机送入变压吸附装置，进行处理，具体的处理过程为，在各吸附单塔进料阀和第二放空阀都打开的状态下，通入生物质电厂烟气，生物质电厂烟气同时进入处于吸附状态的四个吸附单塔，由下而上通过吸附剂床层，出塔气放空，当被吸附烟气前沿接近吸附床层出口时，关闭该变压吸附装置的进料阀和第二放空阀，停止通气，使其停止吸附，打开出料阀，使易吸附组分CO₂解吸后逆着吸附方向排放至处理后的烟气储气罐，得到二氧化碳体积浓度为96%以上的处理烟气，储存备用，当压力降到常压后，通入生物质电厂烟气进行吹扫，吸附剂得到完全再生，吹扫气放空，之后，逐渐升压至吸附压力即可开始下一个吸附循环过程； 

采用第二压力监测传感器监测烟气处理罐中的出口压力，并由控制单元控制调节第二调节阀的开度，将烟气储气罐的处理烟气出口压力即进入密闭空间内的处理烟气压力控制为0.35MPa，通入未种植卷心菜、处于闷棚期的大棚，同时采用第一压力监测传感器和二氧化碳浓度传感器检测大棚内的压力和二氧化碳的浓度，并由控制单元控制调节第一调节阀和第一放空阀的开度，控制大棚内的压力至0.120MPa（绝压），二氧化碳的体积浓度为80%，温度监测传感器监测大棚的温度为65℃，保持8天，停止通气，开放密闭空间通风端进行通风，使大棚内二氧化碳体积浓度恢复到正常状态（0.03%）、温度至常温，一般需通风1-3天，有必要时可使用引风机实现快速通风；然后种植卷心菜，在卷心菜生长过程中的莲座期和结球期，将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，同时采用第一压力监测传感器和二氧化碳浓度传感器检测大棚内的压力和二氧化碳的浓度，并由控制单元控制调节第一调节阀和第一放空阀的开度，使密闭空间内气体压力达到0.115Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到80%，温度监测传感器监测大棚的温度为25℃，每次持续15分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔5小时如此重复处理10次。

对照处理组，苗期喷施苏云金杆菌素1000倍液1次，阿维菌素1000倍液2次；莲座期喷施5%氟虫脲1000倍1次；结球期喷施25%灭幼脲800倍液1次。 

空白对照组：不做任何防害处理。 

于卷心菜收获期，从以上三组处理组中棋盘法取样20株卷心菜，调查小菜蛾幼虫数量，计算害虫防治率，具体结果见表1。 

实施例2 

试验田块：跳甲历史发生较为严重的试验田块。

试验作物：萝卜，温室种植。 

设置一小块不作任何处理的田块计算防治率。 

烟气处理组： 

采用实施例1的密闭空间有害生物防治系统对生物质电厂烟气进行烟气处理，具体为：

在萝卜种植前，将储气罐中二氧化碳体积浓度为96%以上的处理烟气持续通入处于闷棚期的温室，调控温室内压力为0.130MPa，二氧化碳的体积浓度为85%，温度监测传感器监测温度为70℃，保持10天，停止通气，至大棚恢复正常温度与压力状态；然后种植萝卜，在萝卜生长过程中的肉质根生长期再将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，使密闭空间内气体压力达到0.115Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到70%，温度监测传感器监测温度20℃，每次持续18分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔10小时如此重复处理5次。

对照处理组：苗期施用吡虫啉10%可湿性粉剂800倍液1次，膨大期施用20%毒死蜱800倍液1次。 

空白对照组：不做任何防害处理。 

于萝卜收获期，从以上三组处理组中棋盘法取样30株萝卜，调查跳甲幼虫与成虫数量，合并计算害虫防治率，具体结果见表1。 

实施例3 

试验田块：夜蛾历史发生较为严重的试验田块。

试验作物：荠菜，温室种植。 

烟气处理组： 

采用实施例1的密闭空间有害生物防治系统对生物质电厂烟气进行烟气处理，具体为：

在荠菜种植前，将储气罐中二氧化碳体积浓度为96%以上的处理烟气持续通入处于闷棚期的温室，调控温室内压力为0.126MPa，二氧化碳的体积浓度为80%，温度监测传感器监测温度70℃，保持9天，停止通气，至大棚恢复正常温度与压力状态；然后种植荠菜，在荠菜营养生长期将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，使密闭空间内气体压力达到0.125Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到85%，温度监测传感器监测温度30℃，每次持续15分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔6小时如此重复处理7次。

对照处理组：苗期施用48%乐斯本800倍液，5%锐劲特800倍液各一次，营养生长期施用10%氯氰菊酯，氰戊菊酯乳油各一次。 

空白对照组：不做任何防害处理。 

于荠菜收获期，从以上三组处理棋盘法取样30株荠菜调查夜蛾幼虫数量，计算害虫防治率，具体结果见表1。 

实施例4 

试验田块：南方根结线虫历史发生较为严重的试验田块。

试验作物：黄瓜，大棚种植。 

烟气处理组： 

采用实施例1的密闭空间有害生物防治系统对生物质电厂烟气进行烟气处理，具体为：

在黄瓜种植前，将烟气储气罐中二氧化碳体积浓度为96%以上的处理烟气持续通入处于闷棚期的大棚，调控大棚内压力为0.115Mpa(绝压)，二氧化碳的体积浓度为80%，温度监测传感器监测温度50℃，保持11天，停止通气，至大棚恢复正常温度与压力状态；然后种植黄瓜，在黄瓜接瓜期将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，使密闭空间内气体压力达到0.115Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到80%，温度监测传感器监测温度20℃，每次持续30分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔8小时如此重复处理8次。

对照处理组：苗期施用阿维菌素800倍液一次，阿罗派兹500倍液2次。 

于黄瓜收获期，从以上三组处理棋盘法取样20株黄瓜调查根结数与卵块总数量（相当于虫数），计算害虫防治率，具体结果见表1。 

实施例5 

试验田块：立枯病历史发生较为严重的田块

试验作物：番茄，温室种植。

烟气处理组， 

采用实施例1的密闭空间有害生物防治系统对生物质电厂烟气进行烟气处理，具体为：

在番茄种植前，将烟气储气罐中二氧化碳体积浓度为96%以上的处理烟气持续通入处于闷棚期的温室，调控温室内压力为0.128MPa (绝压)，二氧化碳的体积浓度为85%，温度监测传感器监测温度70℃，保持11天，停止通气，至大棚恢复正常温度与压力状态；然后种植番茄，在番茄的苗期和花期将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，使密闭空间内气体压力达到0.130Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到85%，温度监测传感器监测温度20℃，每次持续25分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔8小时如此重复处理2次。

对照处理组：60%多菌灵600倍液拌种后播种，苗期施用4%甲基立枯灵700倍液1次，果实膨大期施用磷酸二氢植保素1次。 

空白对照组：不做任何防害处理。 

于番茄收获期，从以上三组处理组棋盘法取样20株番茄调查立枯病病斑，计算各处理田块的发病率，计算病害防治率，具体结果见表1。 

实施例6 

试验田块：红掌疫病历史发生较为严重的试验田块

试验作物：种植花卉红掌，温室种植。

烟气处理组： 

采用实施例1的密闭空间有害生物防治系统对生物质电厂烟气进行烟气处理，具体为：

在红掌种植前，将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入处于闷棚期的温室，调控温室内压力为0.115Mpa(绝压)，二氧化碳的体积浓度为70%，温度监测传感器监测温度66℃，保持10天，停止通气，至大棚恢复正常温度与压力状态；然后种植红掌，在红掌的始花期将烟气储气罐中处理后的烟气持续通入进行间隔重复处理，使密闭空间内气体压力达到0.115Mpa(绝压)，二氧化碳体积浓度达到80%，温度监测传感器监测温度20℃，每次持续20分钟后停止通气并通风使大棚恢复至正常气压，且二氧化碳体积浓度降低至5%以下，再间隔10小时如此重复处理8次。

对照处理组：苗期施用链霉素+土霉素各200ppm 2次，花蕾期施用链霉素+土霉素各200ppm 1次。 

空白对照组：不做任何防害处理。 

于红掌最佳观赏期，从以上三组处理棋盘法取样20株红掌调查疫病病斑，计算各处理田块的发病率，计算病害防治率，具体结果见表1。 

表                                                   

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明主体构思的前提下，还可以作出若干变形与改进，这些都属于本发明的保护范围。