臭氧协同技术对切削液的灭菌性能研究

质量与检测48|2018年11月死亡。它还能透过细胞膜组织进入细胞内，与内膜脂多糖和外膜脂蛋白接触反应，从而使得细菌发生通透性畸变而溶解死亡。臭氧灭菌为溶菌级方法，具有灭菌彻底、无残留、灭菌广等特点，可消除细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧在处理切削液废液中细菌效果明显，SukhwalMa等人[12]通过实验发现，臭氧在处理废弃切削液过程中，不仅能有效的进行灭菌，而且发现被处理过切削液其浓度和成分几乎不受影响;同时，在细菌灭活机理下，水基切削液的PH、浊度、气味等指标均得到改善。臭氧在水中比在空气中能更好发挥其灭菌功效，其用于水体灭菌消毒，效果极强[13]。然而，该方法缺点就是投资大，费用较氯化灭菌高，水中臭氧不稳定，控制和检测臭氧需要一定的技术，用臭氧灭菌后的水体对对管道有腐蚀作用，与铁、锰、有机物等反应，可产生微絮凝现象，使的水的浊度提高。2.2紫外光（UV）灭菌技术紫外线波长比可见光的紫外光短。波长范围在200nm到400nm之间的光被称为紫外线。紫外线根据波长范围可分为四种:（1）UVA（315-400nm），（2）UVB（280-315nm），（3）UVC（200-280nm）和（4）VUV（100-200nm）。AsanoT等人[14]经研究发现，UVC系列是最佳灭菌范围，并且能非常有效的灭活微生物。UVC灭活微生物原理是微生物细胞吸收其范围光波到核酸中对核酸的化学损伤，二聚化核苷酸（主要是嘧啶）发生在两者细胞中存在的DNA和RNA分子，防止复制和细胞分裂，导致细胞死亡。细胞损伤的程度取决于UV的剂量辐射和微生物对紫外线的抵抗力(紫外线剂量是紫外线强度和曝光时间的乘积)。Severein和Riley等人[15、16]通过实验发现，UV照射已成功降低了水中微生物含量和对空气的消毒。UV的主要特点是它不会产生任何副作用物质，不需要额外的储存或处置。紫外光照射技术在切削液灭菌领域应用较广泛。早在1983年罗伯尔·格里赛等人[17]就认为紫外光辐射消毒灭菌时进行切削液防腐处理的最佳方法，并进行灭菌设备的进行优化设计。后John和Phillips等人[18]证明，在6W玻璃紫外灯照射下，切削液里荧光假单胞菌（107CFU/ml）在60分钟内呈两个对数减少。Saha等人[19]最近进行的一项研究旨在确定挖掘可用于设计参数的UV反应器，可用于封闭加工操作。两种半合成未使用的5％稀释金属切削液1样品加入不同浓度（104-107CFU/ml）三种指示菌，荧光假单胞菌，嗜油假单胞菌嗜油亚种，和龟分支杆菌，分别以及混合培养组合。加标量的切削液样品，用高辐射强度（192μW/cm2，55W）的紫外灯照射，不同的情况下在静态和混合条件下的确定时间，后暴露，活菌数由辐照后测定实验样本。实验结果表明，结合高强度灯，紫外线可以成功地用作切削液1前言作为一种工业用的润滑、冷却介质，切削液的使用在金属加工过程是必不可少的。从最开始的油基切削液到如今大量使用的水基切削液，切削液从最开始的单一油类物质已经演变为多种理化性质各异的精细化工品复配而成的水溶性润滑油。但切削液在金属的切削、铣削、磨削工艺中，仍然提供着润滑、冷却、防锈以及清洗功能[1]。切削液中的润滑剂在水中形成的油包水乳化液的作用下在工件表面形成一层连续的液膜[2]，该液膜降低刀具在切削过程中的摩擦力，从而保护了刀具。为了提供刀具及工件的润滑、冷却、防锈及清洗作用，切削液中通常添加了1%-5%的油类润滑剂、0.1%-0.5%的石油磺酸盐、0.1%左右的脂肪酸[3]等添加剂，并且在特种加工时会添加极压剂[4]来提高加工效率。切削液中的添加剂为细菌微生物提供了繁殖必要的碳、硫、磷、氮等元素。Mattsby-Blatzer，perkins等人[5,6]指出受微生物污染的切削液中的细菌微生物浓度高达104-1010CFU（菌落总数）/mL，并且在切削液中分离出了军团杆菌、克雷伯氏肺炎杆菌、大肠杆菌等病原体，检测出了葡萄球菌、链球菌、硫酸盐还原菌等微生物。Rhodes等人[7]在近几年来的研究中发现，在切削液中分离出了过敏性肺炎假单胞菌。此外，大量的真菌（青霉菌、曲霉属真菌、麦类黑变病菌等）也在相关的研究中发现[8]，这些细菌能在人体内发生过敏性肺炎、气喘以及相关过敏性呼吸道疾病。微生物会产生危害工人身体健康的物质，例如硫酸盐还原菌会产生危害大脑、肺器官以及心脏的致癌物质H2S[9]。切削液的生物变质会改变切削液中的油水平衡，改变切削液的运动粘度，加快金属在切削液中的腐蚀[10,11]。此外，切削液中的病原体会使车间工人罹患气喘、过敏性肺炎以及肺癌等呼吸道疾病。因此，对切削液灭菌处理技术的开发和完善需求迫切。2臭氧和紫外线照射单体灭菌技术传统的金属加工生产工艺中经常采用次氯酸钠等灭菌剂进行灭菌，其容易产生氯化残留物且这些残留物对人体危害较大，所以人们开始探讨新的灭菌方法。与之相比，臭氧和紫外线照射作为一种高级氧化、快速和高效的灭菌方法，不会带来二次污染，拥有其他灭菌剂所无法拥有的最大特点，而备受人们关注。2.1臭氧（O3）灭菌技术臭氧作为一种强氧化剂，其灭菌过程为生化反应，主要灭菌方式为将细菌所需的霉进行分解和对细菌所组成结构进行破坏两种形式。前种方式为臭氧能够分解细菌内部葡萄糖所需霉，从而达到灭菌效果。而后种方式则是臭氧能直接与细菌、病毒产生作用，破坏它们组成部分细胞器、脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），较大破坏细菌的新陈代谢，导致细菌直接紫外/臭氧协同技术对切削液的灭菌性能研究段健1董耀华2李庆红2董丽华2(1.上海海事大学商船学院，上海201306;2.上海海事大学海洋科学与工程学院，上海201306)摘要：切削液作用是确保机械切削加工过程中工艺效果的高质量和稳定性，因此，切削液被广泛应用于金属加工产业。然而，特别是在水基切削液的情况下，微生物污染导致切削液性能降低并因此缩短使用寿命。为了有效地控制微生物的生长，现实中，人们常常使用灭菌剂进行灭菌，但大部分灭菌剂对人体有毒性危害。随着科技的快速发展，可选择的灭菌方法如紫外线照射法和臭氧灭菌法越来越受到关注。本文阐述了紫外线灭菌法、臭氧灭菌法和紫外线协同臭氧灭菌法，对各技术的优、缺点进行归纳对比，并对未来灭菌方法进行了展望。关键词：切削液;微生物污染;灭菌方法;紫外线;臭氧;紫外线协同臭氧2018年11月|492010,74(3):643-654.[7]RhodesG,FluriA,RuefenachtA,etal.Implementationofqunantitativereal-timePCRassayforthedetectionofMycobacteriumimmunogenuminmetalworkingfluids[J].JournalofOccupational&EnvironmentalHygiene,2011,8(8):478.[8]RaoSN,SatyanarayanaB,VenkatasubbaiahK.ExperimentalinvestigationofmicrobialcontaminationofnanocuttingfluidswithCntinclusion[J].[9]GilbertY,VeilletteM,Metalworkingfluidsbiodiversitychatacterization[J].JournalofAppliedMicrobiology,2010,108(2):437-449[10]BurgeHA.Microbiologyofmetalworkingfluids:pilotstudiesforalargescaleexposureassessmentexperience[J].Theindustrialmetalworkingenvironment:assessmentandcontrol.AmericanAutomobileManufacturersAssociation,Dearborn,MI,1996:234-240.[11]RossmooreHW.Microbiologyofmetalworkingfluids:deterioration,diseaseanddisposal.LubricationEngineering,1995,51(2):112-118.[12]MaS,KimK,HuhJ,etal.Regenerationandpurificationofwater-solublecuttingfluidthroughozonetreatmentusinganairdielectricbarrierdischarge[J].Separation&PurificationTechnology,2018,199.[13]彭红,周刚,施庆珊,等.臭氧不同作用方式灭菌效果比较[J].中国消毒学杂志,2017,34(9):827-829.[14]AsanoT,BurtonFL,LeverenzHL,etal.Waterreuse:issue,technologies,andapplications[J].2007.[15]SeverinBF,SuidanMT,EngelbrechtRS.KineticmodelingofU.V.disinfectionofwater[J].WaterResearch,1983,17(11):1669-1678.[16]SteadWW.Clearingtheair:thetheoryandapplicationofultravioletairdisinfection[J].AmericanReviewofRespiratoryDisease,1989,140(6):1832.[17]罗伯尔·格里赛,李祥文.切削液的紫外线防腐处理及装置[J].制造技术与机床,1983,(10):15-16.[18]DavidL.Johnson,MargaretL.Phillips.UVDisinfectionofSolubleOilMetalworkingFluids[J].AihaJ,2002,63(2):178-183.[19]SahaR,DonofrioRS,BagleyST.DeterminationoftheeffectivenessofUVradiationasameansofdisinfectionofmetalworkingfluids[J].AnnalsofMicrobiology,2014,64(2):831-838.[20]MadanchiN,ThiedeS,HerrmannC.FunctionalandEnvironmentalEvaluationofAlternativeDisinfectionMethodsforCuttingFluids[J].ProcediaCirp,2017,61:558-563.[21]王欣泽,王宝贞,王琳.臭氧─紫外线深度氧化去除水中有机污染物的研究[J].哈尔滨建筑大学学报,2001,34(2):70-73.[22]吴东海,尤宏,孙丽欣,等.紫外/臭氧复合灭灭水中细菌性能研究[J].哈尔滨工业大学学报,2010,42(11):1793-1797.[23]马娟,朱琨,赵留辉,等.UV/O3复合对水中大肠杆菌的灭灭作用[J].兰州交通大学学报,2003,22(3):34-37.作者简介：段健(1990-)，男，汉族，硕士研究生，从事切削液净化处理与工艺研究。基金项目：国家自然科学基金(51609133)、中国博士后科学基金面上资助(2017M620153)。消毒和灭菌手段。然而，这一效应，取决于紫外光照射功率、照射面积和处理时间。在减少流体的情况下，由于其浑浊度，紫外线辐射的有效穿透深度也降低了。因此，UV照射作为一种消毒方法在工业上的应用进一步受到了的限制。生物体有能力修复紫外线辐射造成的损害[20]，在不充分或不连续的照射的情况下，微生物可以再生并造成切削液的二度污