1，水基金属加工液是微生物生长的理想环境
微生物细胞平均含水分80%左右，其余20%是干物质，在这些干物质中有蛋白质、碳水化合物、脂类和矿物质等，主要由碳、氢、氧、氮四大元素和一些矿物质组成，如表1所示。
表1 微生物细胞中的碳、氢、氧和氮含量[2]
碳、氢、氧、氮四大元素大约占到干物质的90-97%，余下的3-10%左右是矿物质，主要是磷、硫、钾、钙、镁、铁，也可能含有微量的钼、锌、锰、硼、钴、碘、镍、钒等。由此可见，微生物在生长过程中必须有充足的水分，需要构成细胞有机物的碳架、提供能量的碳源和构成细胞质的蛋白质与氨基酸等物质的氮源，以组成自己的细胞体。即微生物滋生需要的营养物质有如下六个方面，1）水；2）碳源；3）氮源；4）能源；5）矿物质；6）生长因子，其中前5个是必须的。
在金属加工液中含有大量的有机物包括基础油和各种润滑添加剂都可能构成微生物生长的碳源；用以维持pH的胺是很好的氮源，而很多碳、氮组分同时又兼有能源功能，配液用水中含有大量的矿物质以及所加工的金属部件含有多种合金元素，因此，金属加工液中是微生物滋生的理想环境。
2，水基金属加工液中滋生的微生物种群[3]
金属加工液中出现的微生物区系相当广泛，包括革兰氏染色阴性菌（气杆菌属、假单胞菌属、布鲁氏杆菌属、变形杆菌属等），革兰氏染色阳性菌（巴迭球菌、葡萄球菌、链球菌），霉菌（在合成液中更容易出现）和酵母等[4]。金属加工液中的真菌主要是丝状霉菌或单细胞的酵母菌。微生物的分类命名比较复杂，按照其对氧气的需求差别，可将微生物分为好氧菌、厌氧菌和兼性厌氧性菌。好氧菌需要分子态氧进行有氧呼吸，具有较为完善的呼吸酶系统，大多数细菌，所有放线菌和霉菌都属于这种类型。厌氧菌通过无氧呼吸或者发酵的形式进行新陈代谢，金属加工液中典型的厌氧菌如硫螺菌属，兼性厌氧性微生物则不管是否有分子态氧存在，都可以生存。
好氧菌和厌氧菌的差别直到上个世纪80年代才被彻底弄清，即厌氧菌体缺乏过氧化物歧化酶（SOD，Superoxide Dismutase）。在分子氧存在下，菌体内极易产生具有高毒性的超氧阴离子自由基，从而厌氧菌不能生长（广义厌氧菌）和成活（严格厌氧菌）。但对好氧菌而言，过氧化物歧化酶则会化解高毒性的超氧阴离子自由基，继续生长，如图1所示。
聚生体内的微生物互动其实很复杂，例如绿脓杆菌和硫酸还原菌是在金属加工液中普遍发现的两种微生物，属于典型的假单胞菌。绿脓杆菌是好氧菌，能以多种有机分子作为营养物质，绿脓杆菌代谢的废弃副产品是1到3个碳的脂肪酸，例如蚁酸、乳酸、乙酸和丙酮酸。而硫酸还原菌是一种厌氧菌，并且它对营养非常挑剔，绿脓杆菌生长消耗了氧气，同时将有机分子转化为硫酸还原菌需要的简单物质，这说明细胞聚集体的滋生将更难处置。对金属加工液而言，厌氧菌的危害更大。虽然厌氧菌正常状况下不太能够生长，但因为形成菌落，好氧菌的生长将为厌氧菌创造条件。图2所示是好氧菌的滋生为厌氧菌创造了食物条件，图3是好氧菌生长在菌落深处创造了无氧条件。
图2 好氧菌滋生所创造的食物条件
图3 好氧菌滋生创造的缺氧环境和硫酸还原菌生长
实际上在金属加工液中滋生的是各种菌体的集合体，形成了微生物菌落，有些都达到了几万DALTON. 图4是不同菌体结合在一起的实物照片。
图 4 微生物滋生集合体
3 微生物生长的理化因子[4]
微生物的生长有赖于其存在的周围环境，这些环境参数既可以极大的促进其增长，又可以显著地抑制其生长，这些参数包括温度、pH、基质活性以及辐射和超声波等。
3.1 温度
不同微生物有不同的生长温度范围，可将其归类为嗜冷型，嗜温型和湿热型细菌，其适宜的温度生长范围如图5所示。
图 5 不同类型微生物的生长温度范围
金属加工液中所遇到的微生物绝大多数都是嗜温型的，基本上在15-45℃范围内生长，最适合生长温度范围是25-43℃。温度超出生长范围的影响有所不同，低于最低温度界限，微生物的新陈代谢速度降低，但原生质结构通常并不破坏，故不致很快死亡，但如果高于最高温度界限，原生质变态，失去功能协调，出现异常变态，导致死亡。例如，采用著名的巴斯德消毒法（加热到62-63℃,保持30分钟）可以杀死大部分嗜温型微生物。但对于有芽孢的细菌除外，一般高温并不能有效灭杀，因为芽孢承受的温度要比巴斯德消毒温度高得多。
3.2 pH值
每种微生物都有最适宜的pH和一定的pH 适应范围，大多数细菌和原生菌的最适宜范围是6.5-7.5，放线菌一般在微碱性pH 7.5-8.0范围内生长，酵母菌和霉菌在pH5-6酸性环境中较为适宜。
在最适合的pH值范围时酶活性最高，促进微生物生长。pH 还影响着有机化合物的离子化状态也影响金属离子的溶解度，从而影响微生物对这些营养物质的吸收，相对而言弱酸碱状态比较有利。图6显示金属加工液中不同pH 对微生物滋生的影响。结果显示，金属加工液的pH范围在9以上时，基本能够抑制细菌的滋生。
图6 不同pH下的细菌滋生速率。
3.3 基质水活性
金属加工液中的微生物在相关固体表面上生长，这时在很大程度上取决于基质水的活性。基质水活性（αw）通常定义为基质表面水分所产生的蒸汽压与纯水蒸汽压之比。表2显示不同微生物类群合适生长的基质活性数值。
表2 基质表面不同水活性和微生物生长
表2说明，霉菌生长所需要的基质水分很低，所以，在一些金属加工液的溅落区域是容易生长霉菌的。
3.4 辐射和超声波
辐射是指由电磁波的传递，包括无线电波、可见光、X-射线、γ-射线和宇宙线。在可见光范围内，短光波的紫外光波具有较强的杀菌作用如图7所示。
这些辐射可能会致使微生物染色体畸变，同时照射会促进自由基生成，进而生成过氧化物，增加氧化性，从而起到有抑菌作用。超声波灭菌的机理在于它可震破微生物细胞，频率越高，效果越显著。
4 微生物滋生的预防
根据以上讨论，对于微生物的预防可以有如下的途径和方法。
4.1 保持温度
根据3.1和图5，金属加工液中的微生物绝大多数属于嗜温性的，所以如果在温度保持在50℃以上就基本能抑制其生长，对于在50-60℃还可能生长的，可以偶尔将温度升高到60℃以上，保温一段时间以消除残存菌类。该方法的好处在于不必使用杀菌剂就可以抑制菌类滋生，不足之处在于：1)只有某些特殊介质在应用时能保持在较高的温度如金属轧制液，而大多数水基加工液在应用过程中并无加热的条件；2）加热带来较大的能源消耗；3）较高的介质温度降低金属加工液冷却能力；4）加热增大了金属加工液氧化的可能性。
4.2 破坏厌氧环境
在金属加工液中危害比较大的是厌氧菌，因为它会降低pH，导致腐蚀等。根据图1，厌氧菌在氧气存在的条件下，无法进行呼吸，实际上氧气存在的条件下会产生负氧离子，对厌氧菌而言是一种杀菌作用。破坏无氧条件可以通过有效循环，及时撇除液上浮油，必要时向液中鼓气来实现。但因为好氧菌仍然会滋生，而好氧菌滋生会为厌氧菌滋生创造条件，所以，采取此方法并不能完全消除微生物的滋生，从而也不能完全消除菌类给金属加工液带来的危害。
4,3 保持高的pH
根据图6，pH 高于9.0时能抑制细菌滋生，这是大多数黑色金属加工液的pH所在范围。但对于加工有色金属，pH如果太高，可能引起变色，同时，如果有菌类滋生，菌类会消耗胺并产生酸性物质，所以，pH 较难维持得住。不过图6说明，在杀菌后，应该及时恢复和提高pH，以巩固杀菌效果。
4.4 高能照射
高能电子束或者紫外线照射和超声波搅动有灭菌作用。对于乳化液或溶液而言，因其穿透深度小，其应用受到限制，但对配液用水进行如此处理是有益的，有助于降低菌类滋生。
4.5, 采用杀菌剂
这是目前最普遍使用的方法。使用杀菌剂需注意以下问题：1）杀菌剂有抑菌杀菌之分，杀菌剂灭杀效果好，但抑菌剂持续时间长，最好两者配合使用，或者现场在菌类滋生时采用杀菌剂，在原液产品中使用抑菌剂；2）甲醛释放型杀菌剂因环保界面差，其使用越来越受到限制；3）注意杀菌剂效力，杀菌剂不管在原油产品中还是在乳液中，其有效性只能持续一段时间，而且杀菌剂在存放期间其效力随时间递减，加之微生物还可能培养出抗药性，因此使用杀菌剂并不能完全解决菌类滋生问题，而且，杀菌剂本身对环境有不良影响[5]。
图8 生物稳定产品的工作原理
4.6 使用生物稳定的产品
解决细菌滋生的根本方法是进行配方改进。过去常利用硼酸盐组分或铜盐等减缓细菌生长，现在环保要求限制硼或无硼产品，必须寻求新的技术来开发真正的生物稳定产品。好富顿公司生产的HOCUT 795系列产品，应用最新生物稳定技术，遴选不会滋生菌类的组分，能从根本上防止细菌滋生。图13是生物稳定技术产品的工作原理，它不象杀菌剂快速杀死细菌，但由于它不含像细菌滋生的组分，所以，细菌数目会逐步减少,从而，能从根本上防止微生物的滋生。
5 小结
水基金属加工液有充足的水分、碳源、氮源和矿物质，因此是微生物滋生的理想环境。
水基加工液所滋生的菌类通常是好氧菌、厌氧菌等组成的复杂菌落，相互依存有促进彼此生长。
水基加工液中的菌类绝大多数是嗜温性的，保持温度50C以上能基本抑制菌类滋生，保持pH大于9也能有效抑制细菌滋生。
高能辐射和超声波扰动适合对纯水进行消毒处理。
预防水基加工液中菌类滋生的常用方法有：保持温度在50C以上；保持pH在9以上；破坏“缺氧”条件；使用杀菌剂和采用生物稳定产品。这些方法各有利弊，采用生物稳定产品能从根本上预防菌类的滋生。
