浅谈金属切削液生物膜形成原理和控制措施

张国耀

引言
金属切削液体系中细菌和真菌的生长会导致工作液降解，污染管线，堵塞管道、产生臭味，从而进一步影响生产和员工的身体健康。
. Y: l: g" n( ^; I( J8 n$ m( A: K那么如何判断工作液污染程度？微观上可以通过微生物含量检测，从趋势变化上预测污染程度；宏观上，检测微生物污染的一个显著特征是肉眼就可以观察到体系内管道、设备表面微生物膜的生长。
& U2 x8 O3 Y% y3 l一旦生物膜在表面形成，尤其是大量真菌的繁殖，常常会形成丝状体，生物膜就可以开始聚集金属屑或其他的一些污物，最后阻碍工作液的流动，从而引起包括降低热传导效率，污染，腐蚀和结垢等。更为严重的，生物膜成为微生物的聚集繁殖地，成为金属加工液污染很难完全根除的污染源，导致日常维护压力很大。
5 y' K# ], N2 ]- w5 E生物膜的形成过程
4 F1 R* {$ U, P! y3 D* z/ s首先我们解释一下什么是生物膜（biofilm）或有机膜（organicfilm）？简单的来说，生物膜就是在相对封闭的水环境体系中形成的一层微生物膜，该膜主要有微生物体同水体中的盐、无机离子、或杂物形成的一层有机质膜。实际上是一种由嵌入到细胞体外介质内的各种微生物聚集而成的高度水化的膜层（含水70～95%），是有机体和无机体的沉淀和积累。
! y+ F; V6 _4 M& y* E# y; [7 z许多类型的微生物通过补充液、风吹尘土、丢弃杂物等进入工作液，其中包括细菌、霉菌、酵母、藻类等。微生物细胞进入系统后，接触工作液中营养物，发生适应性变化。大量繁殖的微生物引发细胞外层细胞蛋白质对设备、管壁等金属材料表面进行附着，一旦微生物附着到金属表面，它所产生的多糖等排泄物就会建立一个起始的繁殖场，进一步促进微生物群生长。随着工作液在细胞周围不断的循环，微生物很容易得到它们生长所需的营养源。真菌的大量繁殖，尤其导致丝状体的形成，更加轻易捕获其他的生物体及有机和无机杂物。一旦复合的生物膜继续生长就会产生厌氧环境，促使专性厌氧微生物生长，产生腐蚀环境，最终形成结构复杂的复合生物膜。
生物膜控制措施
对于生物膜的防治，我们认为应该坚持“预防为主，综合防治”。
6 ^# G4 s5 {2 E3 j浓缩液：乳化液、半合成等基础油含量高的浓缩液相当来说，细菌的防腐压力比较大，全合成的真菌的防腐压力比较大。我们应该在浓缩液中添加相应的防腐剂，以减轻后期工作液的维护压力。
浓缩液中的防腐剂要求：化学性质稳定，防腐、防霉效果同样持久。
工作液：如果已经出现生物膜，就应该及时选择合适的复合杀菌剂，尽量剥离生物膜，控制工作液中真菌以及细菌的数量。
由于生物膜的特殊性，绝大多数杀菌剂难以穿透到生物膜的内部，虽然它们对控制工作液中的微生物总数是有效的，但对于附着的有机体基本无效。通过采用合理地选择杀菌剂、加强系统的杀菌效果、加大加药频率和药剂用量等措施可以在一定程度上控制生物膜的形成，但这样做即增加了药剂费用，还可能会引起其他问题。
" c" a6 _. f* ?) V4 i5 v* [: T! I应该结合生物膜的形成机理进行了研究并开发对生物膜具有渗透置换和剥离作用的复合型杀菌剂。
5 J* |9 Q7 C# O! @比如为了有效地控制微生物膜中的细菌，生物分散剂通常和杀菌剂一起使用。其作用机理是通过增加杀菌剂向微生物膜的渗透性提高杀菌效果，同时还通过对管道、设备表面的渗透和取代导致微生物黏泥的脱落，并阻止细菌向金属表面的再吸附。生物膜被剥离后，能使杀菌剂更有效地接触工作液中管道、设备表面残余的有机物和释放到工作液的微生物，增加杀菌剂对微生物的杀灭效果, 降低水中的微生物总数。
$ q" c3 M+ D- N1 F1 ^, D! {复合杀菌剂的要求：
$ t$ C+ M3 x  p5 J9 s杀菌剂对于生物膜的控制包括两个方面，一是利用杀菌剂的毒性或氧化性等直接破坏微生物的生命过程和细胞核物质而杀死菌体使工作液中有害微生物的生长速度缓慢；二是破坏生物膜的结构和稳定性，减弱生物膜的附着能力，将生物膜从管壁等载体上剥离下来，从而由杀菌剂进行直接杀灭。
建议复合杀菌剂应该具有如下特性：
- m  K# ?' A) u3 w& Z, l+ r（1）  渗透作用。强渗透组分可以穿透生物膜中多糖等化合物，协助其他组分渗透到生物膜的细胞壁之间；
（2）  分散剥离作用。借助强渗透组分可以破坏细胞之间及细胞与管壁之间的亲和力，并渗透到表面附着物的底部使其松动；
* b5 l7 v) D' I8 R1 m0 R（3）  杀灭作用。杀菌剂对微生物应该具有较强的杀灭作用；
3 ^# K- |1 X( t* H（4）  阻垢缓蚀作用。随着表面附着的生物膜及黏泥的脱落和减少，复合组分最好能在金属表面吸附，有效控制再一次腐蚀和结垢；
/ I( j; T" P6 q7 t（5）低毒级，不污染环境，是一种环境友好型杀菌剂。