微乳化切削液的生物降解性试验研究

戴 亚， 喻明舟

(1.安徽工贸职业技术学院 机械与汽车工程系,安徽 淮南 232007； 2.安徽淮南供电公司,安徽 淮南 232007)

近年来，我国对外购买的数控机床等设备数量逐渐增加，环保要求也极为严格，其中的切削液对进口的依赖性较大，成本较高.因此，加强对切削液的研究力度成为大势所趋.目前，水基切削液已经得到了广泛的应用[1]，打破了以往乳化液的形式，开始朝着高性能、较长使用周期的合成切削液方向迈进.切削液的废液是污染源，如何把切削液的废液对环境的污染程度降到最低是非常重要而又难以解决的问题[2]，已成为绿色环保制造方面的研究难点和热点[3-4].

在切削液废液中，可生物降解性属于最为重要的特征，该特征是指物质通过生物作用被转变成简单的化合物，比如CO2和H2O的能力.

切削液在生物降解过程中常有与降解有关的现象[5].例如生成水(H2O)和二氧化碳、释放出能量、增加微生物等等.在此情况下进行生物降解试验，通过对此种降解反应的分析与研究，进而得出各项生物降解自身的特征.截止目前，此种类型的实验方法主要被利用到对物质损失的测量中，可以利用其测量微生物的增加状况，可以通过对重量的检测，诸如溶解有机碳(DOC)、生物需氧量(BOD)分析方法、已经自动化的总有机碳(TOC)和红外光谱(IR)定量分析方法等.

1 实验部分

对国内外生物降解性试验方法研究现状和发展趋势进行综述的基础上，参照OECD 301D[3-4]的方法，以市售SC3209型微乳化切削液为对比液，准备通过测定CODcr和BOD5值及计算两者的比值来确定其生物降解性能[5].CODcr代表的是在氧化剂的反应中，有机物想要被氧化分解需要的氧气数量，因此CODcr可以被当做存在于废水中的所有有机物.而BOD主要是指存在于微乳化液中，在化学反应下能够被生物降解的有机物，当其与微生物之间发生反应时，将会被氧化分解，这时所需的氧量即为BOD.BOD5是指五日生化需要耗费的氧气数量，与较易分解的有机物数量相同，所以两者的比值即可表示微乳化液被微生物降解的程度.

1.1 化学需氧量试验

该试验主要是在特定的环境下，通过氧化剂对试样进行处理的过程中，所需的氧化剂数量，以毫克/升为单位.COD能够体现出物质遭受的污染程度，物质的类型主要为有机物、硫化物等，能够根据其对有机物含量进行衡量.

通过重铬酸钾法对试样当中物质对氧化剂所消耗的数量进行测量，实施步骤为：在强酸性溶液中，选取适当的重铬酸钾对试样中的物质进行氧化还原.如果选择的物质含量较高，可以利用试亚铁灵，将溶液输送到装置瓶当中，然后按照最终的数量对试样中物质对氧化剂的消耗量进行计算.

C=(0.250 0×10.00)/V

1.2 五日生化需氧量(BOD5)试验分析

对于经COD测定得到油样所含有机物是否能被微生物降解，尚需进行BOD5试验验证.所谓的生物需氧量指的是在特定环境下，微生物对水分中的可氧化物质进行分解作用，尤其是有机物在化学反应中的需氧量.此种方式还与切削废液在水中的生物降解具有较大的联系，因此在对切削废液中的需氧量进行计算时，可以通过分析其生物降解性的方式来实现.

BOD5试验主要原理:首先对切削液进行试验前的处理，然后对溶解氧的数值进行测量，对切削液进行加工、测量和计量.

2 实验结果及计算

2.1 化学需氧量(CODcr)试验结果

CODcr(O2，mg/L)=8×1 000(V0-V1)·C/V

试验测得的结果见表1.研制的微乳化切削液的CODcr高于对比液市售SC3209型微乳化切削液，可见研制的微乳化切削液中含有较市售SC3209型微乳化切削液中更多的有机物.研制的微乳化切削液的基础油为大豆油，主要成分是脂肪酸.大豆油、表面活性剂油酸三乙醇胺、助表面活性剂正丁醇及添加的各种添加剂都属于有机物[6].

表1 CODcr试验及处理结果

2.2 五日生化需氧量(BOD5)试验结果

经稀释后培养的水样BOD5值的计算公式为

通过测量和计算，可得研制的微乳化切削液和市售SC3209型微乳化切削液的BOD5值，结果如表2所示.

表2 BOD5试验及处理结果

试验结果表明，研制的微乳化切削液的BOD5值远大于市售SC3209型微乳化切削液，这将意味着在新型微乳化切削液当中，具有大量的有机物质，能够对微生物的生长起到较大安定促进作用.

根据BOD5/CODcr比值，能够得出生物降解性，通常情况下,当二者之间的比值大于0.45时，具有较好的降解性；当二者的比值大于0.30时，则代表该生物能够被降解；当二者比值小于0.30时，则具有较差的降解性;当比值小于0.25时，则表示该生物难以进行降解.

经计算得BOD5/CODcr,如表3所示.

表3把CODcr和BOD5结合起来考虑.研制的微乳化切削液BOD5/CODcr为0.36，大于0.30，可实施微生物降解，同时也代表着此种类型的废液进入到土壤或者水流中后，能够被生物降解.

从研制的微乳化切削液的成分来分析，其基础油为大豆油[7]，大豆油是一种天然的植物油，其生物降解性能好.而抗磨剂磷酸三甲酚酯T306和含氮甘油硼酸酯容易被降解[8]，降解后的物质能够为微生物的生长提供营养，并且能够促进生物降解.防锈剂烯基丁二酸T746是一种结构简单的二元羧酸，先经活化变成羧酸酰CoA,然后再通过β-氧化断裂为乙酰CoA分子，乙酰CoA分子进入(TCA三羟基)循环，最终代谢分解为CO2、H2O，并释放出能量[9].2号抗泡剂中生物具有较差的降解性，与甲基硅油相比其降解力只有10%，这主要是由于短链甲基与硅原子氧化反应较差所导致.但在研制的微乳化切削液中，2号抗泡剂的添加量仅为0.3%，所以对研制的微乳化切削液的生物降解率影响不大[10].

3 结论

根据OECD 301D的内容，对CODcr、BOD5值进行计算，并且来确定所研究的微乳化切削液的生物降解性，得出如下结论：

通过化学需氧量CODcr试验得到研制的微乳化切削液的CODcr值高于对比液市售SC3209型微乳化切削液，可见研制的微乳化切削液中含有较市售SC3209型微乳化切削液中更多的有机物.

通过五日生化需氧量BOD5试验得到新型的微乳化切削液的BOD5值与切削液相比具有明显的差距，这意味着其中含有大量有机物质能够为微生物提供养分.研制的微乳化切削液中的抗磨剂T306和T-BNC是含N和含P的添加剂，能提供有利于微生物生长的养分.

将CODcr和BOD5结合起来考虑，得到研制的微乳化切削液BOD5/CODcr>0.30，可用微生物降解，也代表着此种类型的废液进入到土壤或者水流中后，能够被生物降解.

[1] 张华，刘镇昌.21世纪的切削液技术[J].机械工程师，2004(1)：36-38.

[2] 孙建国.论绿色切削液的必要性与可行性[J].润滑与密封，2001(2)：68-74.

[3] BANDER.Jesting application and future development of environmentally friendly ester base fluids[J].Syn Lub,1993,10(1):67-83.

[4] 刘超.我国绿色切削液的研究现状[J].机械工人(冷加工)，2003(30)：14-16.

[5] 李春风，罗新民，刘喜梅.环保型切削液初探[J].合成润滑材料，2001(4)：15-18.

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[7] 苍秋菊.植物油用作液压油基础油的研究[J].润滑油，2000，15(4)：54-58.

[8] 张永.磷酸三丁脂和磷酸三苯脂作为植物油添加剂的摩擦学性能研究[D].西安：长安大学,2003:23-26.

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[10] RANDLES S J.Environmentally considerate ester lubrication for the automotive and angineering industries[J].Syn Lub,1992,9(2):9-25.