1，水基金屬加工液是微生物生長的理想環(huán)境

微生物細胞平均含水分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，微生物在生長過程中必須有充足的水分，需要構(gòu)成細胞有機物的碳架、提供能量的碳源和構(gòu)成細胞質(zhì)的蛋白質(zhì)與氨基酸等物質(zhì)的氮源，以組成自己的細胞體。即微生物滋生需要的營養(yǎng)物質(zhì)有如下六個方面，1）水；2）碳源；3）氮源；4）能源；5）礦物質(zhì)；6）生長因子，其中前5個是必須的。

在金屬加工液中含有大量的有機物包括基礎油和各種潤滑添加劑都可能構(gòu)成微生物生長的碳源；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胞的酵母菌。微生物的分類命名比較復雜，按照其對氧氣的需求差別，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)氧進行有氧呼吸，具有較為完善的呼吸酶系統(tǒng)，大多數(shù)細菌，所有放線菌和霉菌都屬于這種類型。厭氧菌通過無氧呼吸或者發(fā)酵的形式進行新陳代謝，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世紀80年代才被徹底弄清，即厭氧菌體缺乏過氧化物歧化酶（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（廣義厭氧菌）和成活（嚴格厭氧菌）。但對好氧菌而言，過氧化物歧化酶則會化解高毒性的超氧陰離子自由基，繼續(xù)生長，如圖1所示。

聚生體內(nèi)的微生物互動其實很復雜，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，能以多種有機分子作為營養(yǎng)物質(zhì)，綠膿桿菌代謝的廢棄副產(chǎn)品是1到3個碳的脂肪酸，例如蟻酸、乳酸、乙酸和丙酮酸。而硫酸還原菌是一種厭氧菌，并且它對營養(yǎng)非常挑剔，綠膿桿菌生長消耗了氧氣，同時將有機分子轉(zhuǎn)化為硫酸還原菌需要的簡單物質(zhì)，這說明細胞聚集體的滋生將更難處置。對金屬加工液而言，厭氧菌的危害更大。雖然厭氧菌正常狀況下不太能夠生長，但因為形成菌落，好氧菌的生長將為厭氧菌創(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是好氧菌生長在菌落深處創(chuàng)造了無氧條件。

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

實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，有些都達到了幾萬DALTON. 圖4是不同菌體結(jié)合在一起的實物照片。

圖 4 微生物滋生集合體

3 微生物生長的理化因子[4]

微生物的生長有賴于其存在的周圍環(huán)境，這些環(huán)境參數(shù)既可以極大的促進其增長，又可以顯著地抑制其生長，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溫度范圍，可將其歸類為嗜冷型，嗜溫型和濕熱型細菌，其適宜的溫度生長范圍如圖5所示。

圖 5 不同類型微生物的生長溫度范圍

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，最適合生長溫度范圍是25-43℃。溫度超出生長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。但對于有芽孢的細菌除外，一般高溫并不能有效滅殺，因為芽孢承受的溫度要比巴斯德消毒溫度高得多。

3.2 pH值
每種微生物都有最適宜的pH和一定的pH 適應范圍，大多數(shù)細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，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值范圍時酶活性最高，促進微生物生長。pH 還影響著有機化合物的離子化狀態(tài)也影響金屬離子的溶解度，從而影響微生物對這些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，相對而言弱酸堿狀態(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，基本能夠抑制細菌的滋生。

圖6 不同pH下的細菌滋生速率。

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，這時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

表2說明，霉菌生長所需要的基質(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的殺菌作用如圖7所示。

這些輻射可能會致使微生物染色體畸變，同時照射會促進自由基生成，進而生成過氧化物，增加氧化性，從而起到有抑菌作用。超聲波滅菌的機理在于它可震破微生物細胞，頻率越高，效果越顯著。

4 微生物滋生的預防

根據(jù)以上討論，對于微生物的預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，對于在50-60℃還可能生長的，可以偶爾將溫度升高到60℃以上，保溫一段時間以消除殘存菌類。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)在應用時能保持在較高的溫度如金屬軋制液，而大多數(shù)水基加工液在應用過程中并無加熱的條件；2）加熱帶來較大的能源消耗；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，因為它會降低pH，導致腐蝕等。根據(jù)圖1，厭氧菌在氧氣存在的條件下，無法進行呼吸，實際上氧氣存在的條件下會產(chǎn)生負氧離子，對厭氧菌而言是一種殺菌作用。破壞無氧條件可以通過有效循環(huán)，及時撇除液上浮油，必要時向液中鼓氣來實現(xiàn)。但因為好氧菌仍然會滋生，而好氧菌滋生會為厭氧菌滋生創(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的危害。

4,3 保持高的pH
根據(jù)圖6，pH 高于9.0時能抑制細菌滋生，這是大多數(shù)黑色金屬加工液的pH所在范圍。但對于加工有色金屬，pH如果太高，可能引起變色，同時，如果有菌類滋生，菌類會消耗胺并產(chǎn)生酸性物質(zhì)，所以，pH 較難維持得住。不過圖6說明，在殺菌后，應該及時恢復和提高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有滅菌作用。對于乳化液或溶液而言，因其穿透深度小，其應用受到限制，但對配液用水進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)時間長，最好兩者配合使用，或者現(xiàn)場在菌類滋生時采用殺菌劑，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)一段時間，而且殺菌劑在存放期間其效力隨時間遞減，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題，而且，殺菌劑本身對環(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

解決細菌滋生的根本方法是進行配方改進。過去常利用硼酸鹽組分或銅鹽等減緩細菌生長，現(xiàn)在環(huán)保要求限制硼或無硼產(chǎn)品，必須尋求新的技術(shù)來開發(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，應用最新生物穩(wěn)定技術(shù)，遴選不會滋生菌類的組分，能從根本上防止細菌滋生。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菌，但由于它不含像細菌滋生的組分，所以，細菌數(shù)目會逐步減少,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、厭氧菌等組成的復雜菌落，相互依存有促進彼此生長。
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也能有效抑制細菌滋生。
高能輻射和超聲波擾動適合對純水進行消毒處理。
預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)品能從根本上預防菌類的滋生。