1，水基金屬加工液是微生物生長(zhǎng)的理想環(huán)境

微生物細(xì)胞平均含水分80%左右，其余20%是干物質(zhì)，在這些干物質(zhì)中有蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂類和礦物質(zhì)等，主要由碳、氫、氧、氮四大元素和一些礦物質(zhì)組成，如表1所示。

表1 微生物細(xì)胞中的碳、氫、氧和氮含量[2]

碳、氫、氧、氮四大元素大約占到干物質(zhì)的90-97%，余下的3-10%左右是礦物質(zhì)，主要是磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵，也可能含有微量的鉬、鋅、錳、硼、鈷、碘、鎳、釩等。由此可見，微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中必須有充足的水分，需要構(gòu)成細(xì)胞有機(jī)物的碳架、提供能量的碳源和構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)的蛋白質(zhì)與氨基酸等物質(zhì)的氮源，以組成自己的細(xì)胞體。即微生物滋生需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有如下六個(gè)方面，1）水；2）碳源；3）氮源；4）能源；5）礦物質(zhì)；6）生長(zhǎng)因子，其中前5個(gè)是必須的。

在金屬加工液中含有大量的有機(jī)物包括基礎(chǔ)油和各種潤(rùn)滑添加劑都可能構(gòu)成微生物生長(zhǎng)的碳源；用以維持pH的胺是很好的氮源，而很多碳、氮組分同時(shí)又兼有能源功能，配液用水中含有大量的礦物質(zhì)以及所加工的金屬部件含有多種合金元素，因此，金屬加工液中是微生物滋生的理想環(huán)境。

2，水基金屬加工液中滋生的微生物種群[3]

金屬加工液中出現(xiàn)的微生物區(qū)系相當(dāng)廣泛，包括革蘭氏染色陰性菌（氣桿菌屬、假單胞菌屬、布魯氏桿菌屬、變形桿菌屬等），革蘭氏染色陽(yáng)性菌（巴迭球菌、葡萄球菌、鏈球菌），霉菌（在合成液中更容易出現(xiàn)）和酵母等[4]。金屬加工液中的真菌主要是絲狀霉菌或單細(xì)胞的酵母菌。微生物的分類命名比較復(fù)雜，按照其對(duì)氧氣的需求差別，可將微生物分為好氧菌、厭氧菌和兼性厭氧性菌。好氧菌需要分子態(tài)氧進(jìn)行有氧呼吸，具有較為完善的呼吸酶系統(tǒng)，大多數(shù)細(xì)菌，所有放線菌和霉菌都屬于這種類型。厭氧菌通過(guò)無(wú)氧呼吸或者發(fā)酵的形式進(jìn)行新陳代謝，金屬加工液中典型的厭氧菌如硫螺菌屬，兼性厭氧性微生物則不管是否有分子態(tài)氧存在，都可以生存。

好氧菌和厭氧菌的差別直到上個(gè)世紀(jì)80年代才被徹底弄清，即厭氧菌體缺乏過(guò)氧化物歧化酶（SOD，Superoxide Dismutase）。在分子氧存在下，菌體內(nèi)極易產(chǎn)生具有高毒性的超氧陰離子自由基，從而厭氧菌不能生長(zhǎng)（廣義厭氧菌）和成活（嚴(yán)格厭氧菌）。但對(duì)好氧菌而言，過(guò)氧化物歧化酶則會(huì)化解高毒性的超氧陰離子自由基，繼續(xù)生長(zhǎng)，如圖1所示。

聚生體內(nèi)的微生物互動(dòng)其實(shí)很復(fù)雜，例如綠膿桿菌和硫酸還原菌是在金屬加工液中普遍發(fā)現(xiàn)的兩種微生物，屬于典型的假單胞菌。綠膿桿菌是好氧菌，能以多種有機(jī)分子作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，綠膿桿菌代謝的廢棄副產(chǎn)品是1到3個(gè)碳的脂肪酸，例如蟻酸、乳酸、乙酸和丙酮酸。而硫酸還原菌是一種厭氧菌，并且它對(duì)營(yíng)養(yǎng)非常挑剔，綠膿桿菌生長(zhǎng)消耗了氧氣，同時(shí)將有機(jī)分子轉(zhuǎn)化為硫酸還原菌需要的簡(jiǎn)單物質(zhì)，這說(shuō)明細(xì)胞聚集體的滋生將更難處置。對(duì)金屬加工液而言，厭氧菌的危害更大。雖然厭氧菌正常狀況下不太能夠生長(zhǎng)，但因?yàn)樾纬删?，好氧菌的生長(zhǎng)將為厭氧菌創(chuàng)造條件。圖2所示是好氧菌的滋生為厭氧菌創(chuàng)造了食物條件，圖3是好氧菌生長(zhǎng)在菌落深處創(chuàng)造了無(wú)氧條件。

圖2 好氧菌滋生所創(chuàng)造的食物條件

圖3 好氧菌滋生創(chuàng)造的缺氧環(huán)境和硫酸還原菌生長(zhǎng)

實(shí)際上在金屬加工液中滋生的是各種菌體的集合體，形成了微生物菌落，有些都達(dá)到了幾萬(wàn)DALTON. 圖4是不同菌體結(jié)合在一起的實(shí)物照片。

圖 4 微生物滋生集合體

3 微生物生長(zhǎng)的理化因子[4]

微生物的生長(zhǎng)有賴于其存在的周圍環(huán)境，這些環(huán)境參數(shù)既可以極大的促進(jìn)其增長(zhǎng)，又可以顯著地抑制其生長(zhǎng)，這些參數(shù)包括溫度、pH、基質(zhì)活性以及輻射和超聲波等。

3.1 溫度
不同微生物有不同的生長(zhǎng)溫度范圍，可將其歸類為嗜冷型，嗜溫型和濕熱型細(xì)菌，其適宜的溫度生長(zhǎng)范圍如圖5所示。

圖 5 不同類型微生物的生長(zhǎng)溫度范圍

金屬加工液中所遇到的微生物絕大多數(shù)都是嗜溫型的，基本上在15-45℃范圍內(nèi)生長(zhǎng)，最適合生長(zhǎng)溫度范圍是25-43℃。溫度超出生長(zhǎng)范圍的影響有所不同，低于最低溫度界限，微生物的新陳代謝速度降低，但原生質(zhì)結(jié)構(gòu)通常并不破壞，故不致很快死亡，但如果高于最高溫度界限，原生質(zhì)變態(tài)，失去功能協(xié)調(diào)，出現(xiàn)異常變態(tài)，導(dǎo)致死亡。例如，采用著名的巴斯德消毒法（加熱到62-63℃,保持30分鐘）可以殺死大部分嗜溫型微生物。但對(duì)于有芽孢的細(xì)菌除外，一般高溫并不能有效滅殺，因?yàn)檠挎叱惺艿臏囟纫劝退沟孪緶囟雀叩枚唷?/p>

3.2 pH值
每種微生物都有最適宜的pH和一定的pH 適應(yīng)范圍，大多數(shù)細(xì)菌和原生菌的最適宜范圍是6.5-7.5，放線菌一般在微堿性pH 7.5-8.0范圍內(nèi)生長(zhǎng)，酵母菌和霉菌在pH5-6酸性環(huán)境中較為適宜。

在最適合的pH值范圍時(shí)酶活性最高，促進(jìn)微生物生長(zhǎng)。pH 還影響著有機(jī)化合物的離子化狀態(tài)也影響金屬離子的溶解度，從而影響微生物對(duì)這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，相對(duì)而言弱酸堿狀態(tài)比較有利。圖6顯示金屬加工液中不同pH 對(duì)微生物滋生的影響。結(jié)果顯示，金屬加工液的pH范圍在9以上時(shí)，基本能夠抑制細(xì)菌的滋生。

圖6 不同pH下的細(xì)菌滋生速率。

3.3 基質(zhì)水活性
金屬加工液中的微生物在相關(guān)固體表面上生長(zhǎng)，這時(shí)在很大程度上取決于基質(zhì)水的活性?；|(zhì)水活性（αw）通常定義為基質(zhì)表面水分所產(chǎn)生的蒸汽壓與純水蒸汽壓之比。表2顯示不同微生物類群合適生長(zhǎng)的基質(zhì)活性數(shù)值。

表2 基質(zhì)表面不同水活性和微生物生長(zhǎng)

表2說(shuō)明，霉菌生長(zhǎng)所需要的基質(zhì)水分很低，所以，在一些金屬加工液的濺落區(qū)域是容易生長(zhǎng)霉菌的。

3.4 輻射和超聲波
輻射是指由電磁波的傳遞，包括無(wú)線電波、可見光、X-射線、γ-射線和宇宙線。在可見光范圍內(nèi)，短光波的紫外光波具有較強(qiáng)的殺菌作用如圖7所示。

這些輻射可能會(huì)致使微生物染色體畸變，同時(shí)照射會(huì)促進(jìn)自由基生成，進(jìn)而生成過(guò)氧化物，增加氧化性，從而起到有抑菌作用。超聲波滅菌的機(jī)理在于它可震破微生物細(xì)胞，頻率越高，效果越顯著。

4 微生物滋生的預(yù)防

根據(jù)以上討論，對(duì)于微生物的預(yù)防可以有如下的途徑和方法。

4.1 保持溫度
根據(jù)3.1和圖5，金屬加工液中的微生物絕大多數(shù)屬于嗜溫性的，所以如果在溫度保持在50℃以上就基本能抑制其生長(zhǎng)，對(duì)于在50-60℃還可能生長(zhǎng)的，可以偶爾將溫度升高到60℃以上，保溫一段時(shí)間以消除殘存菌類。該方法的好處在于不必使用殺菌劑就可以抑制菌類滋生，不足之處在于：1)只有某些特殊介質(zhì)在應(yīng)用時(shí)能保持在較高的溫度如金屬軋制液，而大多數(shù)水基加工液在應(yīng)用過(guò)程中并無(wú)加熱的條件；2）加熱帶來(lái)較大的能源消耗；3）較高的介質(zhì)溫度降低金屬加工液冷卻能力；4）加熱增大了金屬加工液氧化的可能性。

4.2 破壞厭氧環(huán)境
在金屬加工液中危害比較大的是厭氧菌，因?yàn)樗鼤?huì)降低pH，導(dǎo)致腐蝕等。根據(jù)圖1，厭氧菌在氧氣存在的條件下，無(wú)法進(jìn)行呼吸，實(shí)際上氧氣存在的條件下會(huì)產(chǎn)生負(fù)氧離子，對(duì)厭氧菌而言是一種殺菌作用。破壞無(wú)氧條件可以通過(guò)有效循環(huán)，及時(shí)撇除液上浮油，必要時(shí)向液中鼓氣來(lái)實(shí)現(xiàn)。但因?yàn)楹醚蹙匀粫?huì)滋生，而好氧菌滋生會(huì)為厭氧菌滋生創(chuàng)造條件，所以，采取此方法并不能完全消除微生物的滋生，從而也不能完全消除菌類給金屬加工液帶來(lái)的危害。

4,3 保持高的pH
根據(jù)圖6，pH 高于9.0時(shí)能抑制細(xì)菌滋生，這是大多數(shù)黑色金屬加工液的pH所在范圍。但對(duì)于加工有色金屬，pH如果太高，可能引起變色，同時(shí)，如果有菌類滋生，菌類會(huì)消耗胺并產(chǎn)生酸性物質(zhì)，所以，pH 較難維持得住。不過(guò)圖6說(shuō)明，在殺菌后，應(yīng)該及時(shí)恢復(fù)和提高pH，以鞏固殺菌效果。

4.4 高能照射
高能電子束或者紫外線照射和超聲波攪動(dòng)有滅菌作用。對(duì)于乳化液或溶液而言，因其穿透深度小，其應(yīng)用受到限制，但對(duì)配液用水進(jìn)行如此處理是有益的，有助于降低菌類滋生。

4.5, 采用殺菌劑
這是目前最普遍使用的方法。使用殺菌劑需注意以下問(wèn)題：1）殺菌劑有抑菌殺菌之分，殺菌劑滅殺效果好，但抑菌劑持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，最好兩者配合使用，或者現(xiàn)場(chǎng)在菌類滋生時(shí)采用殺菌劑，在原液產(chǎn)品中使用抑菌劑；2）甲醛釋放型殺菌劑因環(huán)保界面差，其使用越來(lái)越受到限制；3）注意殺菌劑效力，殺菌劑不管在原油產(chǎn)品中還是在乳液中，其有效性只能持續(xù)一段時(shí)間，而且殺菌劑在存放期間其效力隨時(shí)間遞減，加之微生物還可能培養(yǎng)出抗藥性，因此使用殺菌劑并不能完全解決菌類滋生問(wèn)題，而且，殺菌劑本身對(duì)環(huán)境有不良影響[5]。

圖8 生物穩(wěn)定產(chǎn)品的工作原理

4.6 使用生物穩(wěn)定的產(chǎn)品

解決細(xì)菌滋生的根本方法是進(jìn)行配方改進(jìn)。過(guò)去常利用硼酸鹽組分或銅鹽等減緩細(xì)菌生長(zhǎng)，現(xiàn)在環(huán)保要求限制硼或無(wú)硼產(chǎn)品，必須尋求新的技術(shù)來(lái)開發(fā)真正的生物穩(wěn)定產(chǎn)品。好富頓公司生產(chǎn)的HOCUT 795系列產(chǎn)品，應(yīng)用最新生物穩(wěn)定技術(shù)，遴選不會(huì)滋生菌類的組分，能從根本上防止細(xì)菌滋生。圖13是生物穩(wěn)定技術(shù)產(chǎn)品的工作原理，它不象殺菌劑快速殺死細(xì)菌，但由于它不含像細(xì)菌滋生的組分，所以，細(xì)菌數(shù)目會(huì)逐步減少,從而，能從根本上防止微生物的滋生。

5 小結(jié)

水基金屬加工液有充足的水分、碳源、氮源和礦物質(zhì)，因此是微生物滋生的理想環(huán)境。
水基加工液所滋生的菌類通常是好氧菌、厭氧菌等組成的復(fù)雜菌落，相互依存有促進(jìn)彼此生長(zhǎng)。
水基加工液中的菌類絕大多數(shù)是嗜溫性的，保持溫度50C以上能基本抑制菌類滋生，保持pH大于9也能有效抑制細(xì)菌滋生。
高能輻射和超聲波擾動(dòng)適合對(duì)純水進(jìn)行消毒處理。
預(yù)防水基加工液中菌類滋生的常用方法有：保持溫度在50C以上；保持pH在9以上；破壞“缺氧”條件；使用殺菌劑和采用生物穩(wěn)定產(chǎn)品。這些方法各有利弊，采用生物穩(wěn)定產(chǎn)品能從根本上預(yù)防菌類的滋生。