微乳化切削液的生物降解性試驗(yàn)研究

戴 亞， 喻明舟

(1.安徽工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與汽車工程系,安徽 淮南 232007； 2.安徽淮南供電公司,安徽 淮南 232007)

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)外購(gòu)買的數(shù)控機(jī)床等設(shè)備數(shù)量逐漸增加，環(huán)保要求也極為嚴(yán)格，其中的切削液對(duì)進(jìn)口的依賴性較大，成本較高.因此，加強(qiáng)對(duì)切削液的研究力度成為大勢(shì)所趨.目前，水基切削液已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[1]，打破了以往乳化液的形式，開始朝著高性能、較長(zhǎng)使用周期的合成切削液方向邁進(jìn).切削液的廢液是污染源，如何把切削液的廢液對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低是非常重要而又難以解決的問題[2]，已成為綠色環(huán)保制造方面的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)[3-4].

在切削液廢液中，可生物降解性屬于最為重要的特征，該特征是指物質(zhì)通過(guò)生物作用被轉(zhuǎn)變成簡(jiǎn)單的化合物，比如CO2和H2O的能力.

切削液在生物降解過(guò)程中常有與降解有關(guān)的現(xiàn)象[5].例如生成水(H2O)和二氧化碳、釋放出能量、增加微生物等等.在此情況下進(jìn)行生物降解試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)此種降解反應(yīng)的分析與研究，進(jìn)而得出各項(xiàng)生物降解自身的特征.截止目前，此種類型的實(shí)驗(yàn)方法主要被利用到對(duì)物質(zhì)損失的測(cè)量中，可以利用其測(cè)量微生物的增加狀況，可以通過(guò)對(duì)重量的檢測(cè)，諸如溶解有機(jī)碳(DOC)、生物需氧量(BOD)分析方法、已經(jīng)自動(dòng)化的總有機(jī)碳(TOC)和紅外光譜(IR)定量分析方法等.

1 實(shí)驗(yàn)部分

對(duì)國(guó)內(nèi)外生物降解性試驗(yàn)方法研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，參照OECD 301D[3-4]的方法，以市售SC3209型微乳化切削液為對(duì)比液，準(zhǔn)備通過(guò)測(cè)定CODcr和BOD5值及計(jì)算兩者的比值來(lái)確定其生物降解性能[5].CODcr代表的是在氧化劑的反應(yīng)中，有機(jī)物想要被氧化分解需要的氧氣數(shù)量，因此CODcr可以被當(dāng)做存在于廢水中的所有有機(jī)物.而BOD主要是指存在于微乳化液中，在化學(xué)反應(yīng)下能夠被生物降解的有機(jī)物，當(dāng)其與微生物之間發(fā)生反應(yīng)時(shí)，將會(huì)被氧化分解，這時(shí)所需的氧量即為BOD.BOD5是指五日生化需要耗費(fèi)的氧氣數(shù)量，與較易分解的有機(jī)物數(shù)量相同，所以兩者的比值即可表示微乳化液被微生物降解的程度.

1.1 化學(xué)需氧量試驗(yàn)

該試驗(yàn)主要是在特定的環(huán)境下，通過(guò)氧化劑對(duì)試樣進(jìn)行處理的過(guò)程中，所需的氧化劑數(shù)量，以毫克/升為單位.COD能夠體現(xiàn)出物質(zhì)遭受的污染程度，物質(zhì)的類型主要為有機(jī)物、硫化物等，能夠根據(jù)其對(duì)有機(jī)物含量進(jìn)行衡量.

通過(guò)重鉻酸鉀法對(duì)試樣當(dāng)中物質(zhì)對(duì)氧化劑所消耗的數(shù)量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)施步驟為：在強(qiáng)酸性溶液中，選取適當(dāng)?shù)闹劂t酸鉀對(duì)試樣中的物質(zhì)進(jìn)行氧化還原.如果選擇的物質(zhì)含量較高，可以利用試亞鐵靈，將溶液輸送到裝置瓶當(dāng)中，然后按照最終的數(shù)量對(duì)試樣中物質(zhì)對(duì)氧化劑的消耗量進(jìn)行計(jì)算.

C=(0.250 0×10.00)/V

1.2 五日生化需氧量(BOD5)試驗(yàn)分析

對(duì)于經(jīng)COD測(cè)定得到油樣所含有機(jī)物是否能被微生物降解，尚需進(jìn)行BOD5試驗(yàn)驗(yàn)證.所謂的生物需氧量指的是在特定環(huán)境下，微生物對(duì)水分中的可氧化物質(zhì)進(jìn)行分解作用，尤其是有機(jī)物在化學(xué)反應(yīng)中的需氧量.此種方式還與切削廢液在水中的生物降解具有較大的聯(lián)系，因此在對(duì)切削廢液中的需氧量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以通過(guò)分析其生物降解性的方式來(lái)實(shí)現(xiàn).

BOD5試驗(yàn)主要原理:首先對(duì)切削液進(jìn)行試驗(yàn)前的處理，然后對(duì)溶解氧的數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，對(duì)切削液進(jìn)行加工、測(cè)量和計(jì)量.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及計(jì)算

2.1 化學(xué)需氧量(CODcr)試驗(yàn)結(jié)果

CODcr(O2，mg/L)=8×1 000(V0-V1)·C/V

試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果見表1.研制的微乳化切削液的CODcr高于對(duì)比液市售SC3209型微乳化切削液，可見研制的微乳化切削液中含有較市售SC3209型微乳化切削液中更多的有機(jī)物.研制的微乳化切削液的基礎(chǔ)油為大豆油，主要成分是脂肪酸.大豆油、表面活性劑油酸三乙醇胺、助表面活性劑正丁醇及添加的各種添加劑都屬于有機(jī)物[6].

表1 CODcr試驗(yàn)及處理結(jié)果

2.2 五日生化需氧量(BOD5)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)稀釋后培養(yǎng)的水樣BOD5值的計(jì)算公式為

通過(guò)測(cè)量和計(jì)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，結(jié)果如表2所示.

表2 BOD5試驗(yàn)及處理結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的微乳化切削液的BOD5值遠(yuǎn)大于市售SC3209型微乳化切削液，這將意味著在新型微乳化切削液當(dāng)中，具有大量的有機(jī)物質(zhì)，能夠?qū)ξ⑸锏纳L(zhǎng)起到較大安定促進(jìn)作用.

根據(jù)BOD5/CODcr比值，能夠得出生物降解性，通常情況下,當(dāng)二者之間的比值大于0.45時(shí)，具有較好的降解性；當(dāng)二者的比值大于0.30時(shí)，則代表該生物能夠被降解；當(dāng)二者比值小于0.30時(shí)，則具有較差的降解性;當(dāng)比值小于0.25時(shí)，則表示該生物難以進(jìn)行降解.

經(jīng)計(jì)算得BOD5/CODcr,如表3所示.

表3把CODcr和BOD5結(jié)合起來(lái)考慮.研制的微乳化切削液BOD5/CODcr為0.36，大于0.30，可實(shí)施微生物降解，同時(shí)也代表著此種類型的廢液進(jìn)入到土壤或者水流中后，能夠被生物降解.

從研制的微乳化切削液的成分來(lái)分析，其基礎(chǔ)油為大豆油[7]，大豆油是一種天然的植物油，其生物降解性能好.而抗磨劑磷酸三甲酚酯T306和含氮甘油硼酸酯容易被降解[8]，降解后的物質(zhì)能夠?yàn)槲⑸锏纳L(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，并且能夠促進(jìn)生物降解.防銹劑烯基丁二酸T746是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的二元羧酸，先經(jīng)活化變成羧酸酰CoA,然后再通過(guò)β-氧化斷裂為乙酰CoA分子，乙酰CoA分子進(jìn)入(TCA三羥基)循環(huán)，最終代謝分解為CO2、H2O，并釋放出能量[9].2號(hào)抗泡劑中生物具有較差的降解性，與甲基硅油相比其降解力只有10%，這主要是由于短鏈甲基與硅原子氧化反應(yīng)較差所導(dǎo)致.但在研制的微乳化切削液中，2號(hào)抗泡劑的添加量?jī)H為0.3%，所以對(duì)研制的微乳化切削液的生物降解率影響不大[10].

3 結(jié)論

根據(jù)OECD 301D的內(nèi)容，對(duì)CODcr、BOD5值進(jìn)行計(jì)算，并且來(lái)確定所研究的微乳化切削液的生物降解性，得出如下結(jié)論：

通過(guò)化學(xué)需氧量CODcr試驗(yàn)得到研制的微乳化切削液的CODcr值高于對(duì)比液市售SC3209型微乳化切削液，可見研制的微乳化切削液中含有較市售SC3209型微乳化切削液中更多的有機(jī)物.

通過(guò)五日生化需氧量BOD5試驗(yàn)得到新型的微乳化切削液的BOD5值與切削液相比具有明顯的差距，這意味著其中含有大量有機(jī)物質(zhì)能夠?yàn)槲⑸锾峁B(yǎng)分.研制的微乳化切削液中的抗磨劑T306和T-BNC是含N和含P的添加劑，能提供有利于微生物生長(zhǎng)的養(yǎng)分.

將CODcr和BOD5結(jié)合起來(lái)考慮，得到研制的微乳化切削液BOD5/CODcr>0.30，可用微生物降解，也代表著此種類型的廢液進(jìn)入到土壤或者水流中后，能夠被生物降解.

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