清洗技術(shù)發(fā)展趨勢

一、ODS清洗劑替代品的發(fā)展趨勢

在清洗行業(yè)，理想的ODS替代品品種應具有和CFC-113，三氯乙烷相似的物理化學(xué)性能、低成本、環(huán)境相容性等，即對替代品的選擇原則為：1）無(wú)毒、無(wú)公害，不影響工人安全和健康；2）優(yōu)良的溶解與清洗能力；3）良好的性能價(jià)格比。

經(jīng)過(guò)近20年的研究，國外已推出多種ODS替代品。如前所述，其中清洗劑替代品主要有：HCFC-141b、HCFC-123、HCFC-225ca/cb，HFC-4310mee、HFC-245fa、HFC-365mfc，HFE-7100、nPB及碳氫化合物等。在國內已向市場(chǎng)批量供應的替代品有HCFC-141b>HCFC-123及nPB，正研究開(kāi)發(fā)的替代品有HFC-245fa和HFC-365mfc等。

HCFCs（包括nPB）是含氯或溴的脂肪烴化合物，其ODP不等于零，屬于過(guò)渡替代品。HFC、HFE及碳氫化合物是不含氯或溴的化合物，其ODP為零，是長(cháng)期替代品。

1.過(guò)渡型替代品HCFCs

HCFCs可用于多種清洗過(guò)程，是CFC-113和TCA較理想的替代品。當前已上市的這類(lèi)替代品主要有HCFC-141b、HCFC-123、HCFC-225ca/cb及nPB。

HCFC-141b主要用作清洗劑和發(fā)泡劑。HCFC-141b和CFC-113具有相似的物理性質(zhì)，它穩定、不易燃、低毒、易揮發(fā)及有良好的溶解油脂能力。HCFC-141b的沸點(diǎn)低于CFC-113，在使用過(guò)程中需對原系統作一些修改或調整。研究發(fā)現HCFC-141b的成本和CFC-113相當，可替代CFC-113應用于絕大多數清洗，HCFC-141b及其混合物在航天航空、電力電子、通信、醫療、印刷等領(lǐng)域有廣泛的用途，可用來(lái)清洗印刷線(xiàn)路板、磁頭、繼電器、計算機控制的車(chē)床、織布機、電梯控制器、馬達線(xiàn)圈、各種通信、醫療設備、復印機、珠寶等。HCFC-141b的主要缺點(diǎn)是它的ODP值為0.1，雖然此值只是CFC-113的1/8，但它畢竟不等于零，不利于保護臭氧層。發(fā)達國家在2003年禁用HCFC-141b，發(fā)展中國家的禁用時(shí)間為2030年。

HCFC-123主要用于清洗行業(yè)和制冷行業(yè)。HCFC-123的物理性質(zhì)類(lèi)似于HCFC-141b，它的匹配性?xún)?yōu)于HCFC-141bo在清洗行業(yè)，HCFC-123是一種有效的替代清洗劑，使用HCFC-123時(shí)對原CFC-113清洗設備基本上不需改造。HCFC-123應用于清洗行業(yè)的最大問(wèn)題是其毒性。HCFC-123的允許暴露上限（PEL）為50ppm。在敞開(kāi)系統，HCFC-123的應用將受到一定限制。

nPB（正溴丙烷）具有類(lèi)似于TCA的物理化學(xué)性質(zhì)，是TCA較理想的替代品。使用nPB可直接替代TCA，原清洗系統可基本不改造。nPB的制造成本略低于TCA，使用nPB作替代品，清洗性能價(jià)格比較理想。值得注意的是純nPB在使用過(guò)程中不夠穩定，會(huì )分解，此外，其還有一定的毒性。

2.長(cháng)期替代品HFCs

HFCs是僅含碳、氟、氫三種元素的低級脂肪桂。當前正推向市場(chǎng)的HFC清洗劑替代品有HFC-4310mee（1丄1，2，3，4，4，5，5，5-十氟戊烷）及HFE（氟醚），正在開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品有HFC-245fa（1，1，1，3，3-五氟丙烷）及HFC-365mfc（1，1，1，3，3-五氟丁烷）。

HFC-4310mee的ODP值為0，GWP值很低，它不會(huì )有光化學(xué)反應，因此不會(huì )形成光化學(xué)煙霧污染；它的揮發(fā)性較強，因此不會(huì )對水和土壤造成污染。作為清洗溶劑其特性與CFC-113非常接近，例如低表面張力、快蒸發(fā)率、無(wú)殘留、不燃性和低毒性等。對于目前使用或曾經(jīng)使用CFC-113作為清洗劑的應用領(lǐng)域（電子、航空、光盤(pán)驅動(dòng)器、軍用、藥用、光學(xué)和其他工業(yè)），HFC-4310mee是一種理想的替代物。它可以直接灌裝于CFC-113的清洗系統內。但是，HFC-4310mee生產(chǎn)成本非常高，它的制造工藝也難得多，價(jià)格也就比CFC-113貴得多。因而在使用中，必須減少總的溶劑損失和消耗量。HFC-4310mee已被美國國家環(huán)保局在重要新替代物方案（SNAP）中批準為ODS的替代物，還被列為非揮發(fā)性有機物（非VOC）。

由于HFC-4310mee和HFE產(chǎn)品的價(jià)格昂貴，中小企業(yè)難以接受這類(lèi)替代品，所以又開(kāi)發(fā)了HFC-245fa和HFC-365mfc，以推動(dòng)替代活動(dòng)的進(jìn)行。

HFC-245fa主要用于清洗和泡沫行業(yè)。HFC-245fa的物理性質(zhì)類(lèi)似于HCFC-141b，匹配性?xún)?yōu)于HCFC-141boHFC-245fa和醇類(lèi)等組成的混合物可增加其清洗能力。在精密清洗領(lǐng)域，HFC-245fa可用來(lái)清洗印刷線(xiàn)路板、磁頭、繼電器、各種通信醫療設備和珠寶等。HFC-245fa的主要優(yōu)點(diǎn)是ODP為零、GWP較低，使用它作為清洗劑對環(huán)境的影響小。但是HFC-245fa的最大缺點(diǎn)是其沸點(diǎn)低，用其代替HCFC-141b，清洗設備改動(dòng)較大。

HFC-365mfc主要用于清洗和泡沫領(lǐng)域。HFC-365mfc的物理性質(zhì)類(lèi)似于HCFC-141b，其匹配性?xún)?yōu)于HCFC-141boHFC-365mfc和醇類(lèi)等組成的混合物可增加其清洗能力。在清洗行業(yè)，HFC-365mfc在大多數場(chǎng)合可替代HCFC-141b。HFC-365mfc的突出優(yōu)點(diǎn)是ODP為零、GWP較低，沸點(diǎn)接近CFC-113；不足之處是有一定的可燃性，但是當它和少量HFC-245fa等物質(zhì)混合后，會(huì )形成無(wú)閃點(diǎn)、不可燃的混合物。

從長(cháng)遠看，HFC-245fa和HFC-365mfc應是較好的清洗劑替代品品種。

二、清洗技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.清洗自動(dòng)化

隨著(zhù)低成本自動(dòng)化的發(fā)展，以及生產(chǎn)率越來(lái)越高的趨勢，對低運行成本的清洗系統有不斷的需求。其他方面，現代清洗系統關(guān)注的主要問(wèn)題就是環(huán)境。

通常，清洗過(guò)程需要大量的勞力，以提高清洗系統工作效率。不過(guò)現在逐步開(kāi)發(fā)出了半自動(dòng)和自動(dòng)化清洗技術(shù)。國外已經(jīng)有許多自動(dòng)化清洗應用實(shí)例?？傊?，清洗自動(dòng)化是清洗技術(shù)發(fā)展的大趨勢。如德國Tuchenhagen公司就開(kāi)發(fā)出了優(yōu)秀的自動(dòng)化清洗系統，將清洗工序與最先進(jìn)的可編成邏輯控制器、計算機和系統軟件結合在一起，用于飲料、食品、藥物和化妝品等行業(yè)。該公司在全球50多個(gè)國家都有分公司。

機器人清洗就是清洗自動(dòng)化的一個(gè)重要表現。

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國現代化建設水平也在不斷提高。一幢幢高樓拔地而起，一座座大橋飛架南北，大型先進(jìn)設備不斷引進(jìn)并投入使用。但與此同時(shí)，人們也遇到了一些新的挑戰。例如，高大的幕墻建筑需要進(jìn)行定期清洗，飽受風(fēng)吹雨淋的大橋斜拉鋼索需要定期維護等等。傳統的技術(shù)已無(wú)法很好地解決這些新問(wèn)題。特種機器人的出現，為解決危險或極限作業(yè)問(wèn)題提供了新的途徑。

（1）高空擦窗和壁面清洗機器人

從20世紀50年代起，為了獲得良好的采光效果，許多高層建筑都采用了玻璃幕墻。幕墻建筑新穎大方，但玻璃壁面的清洗成為令人頭痛的問(wèn)題。如果采用傳統的“人工+吊板”方式（即我們通常所說(shuō)的“蜘蛛人”）進(jìn)行作業(yè)，不僅效率低，而且容易出事故。改用“人工+吊籃”（吊裝機懸掛載人吊籃）擦拭方式后，雖然相對較為安全，但前期設備投資較大，清洗成本高。特別是目前一些國家和地區已經(jīng)通過(guò)立法對包括擦窗作業(yè)在內的人工高空攀爬進(jìn)行了限制，人們不得不尋找其他解決辦法。清洗機器人應運而生。

圖9-17是北京西客站的一臺玻璃頂棚（約3000m2）清洗機器人。

該機器人由機器人本體和地面支援小車(chē)兩部分組成。機器人本體重約25kg，沿著(zhù)玻璃壁面爬行并完成擦洗動(dòng)作。它可以根據實(shí)際環(huán)境情況靈活自如地行走和擦洗，具有很高的可靠性。地面支援小車(chē)屬于配套設備，在機器人工作時(shí)，負責為機器人供電、供氣、供水及回收污水，它與機器人之間通過(guò)管路連接。

該機器人利用安裝在曲面玻璃間的金屬導軌作為行進(jìn)軌道，通過(guò)''自攀爬”運動(dòng)，解決了機器人在幕墻表面自由行走的難題。為了避免劃傷幕墻表面的玻璃板和鈦板，機器人本體將不拖帶鋼絲繩及其他任何管纜，完全獨立自主地進(jìn)行攀爬和作業(yè)。機器人本體上安裝有攝像頭，起到監控作用，當有必要干預時(shí)，地面操作員可通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控方式對其進(jìn)行指揮。由于每塊鈦板的四角都裝有發(fā)光燈泡，故在執行清洗任務(wù)時(shí)，還要考慮周?chē)鷱碗s的“地形”，這對機器人的智能提出了更高要求。

該機器人共使用了16個(gè)電機。當機器人的兩只前爪抓住金屬邊框后，內部驅動(dòng)裝置會(huì )讓它的身體上移，使兩只后爪到達剛才前爪所處的位置，并牢牢抓住邊框如此往復下去，就構成了機器人的向上攀爬運動(dòng)。當橫向移動(dòng)時(shí)，機器人的腹部自動(dòng)落下，滾動(dòng)輪壓緊在導軌上，驅動(dòng)機械爪沿幕墻緯線(xiàn)方向移動(dòng)。機器人爬升到指定清潔高度后，會(huì )在地面工作人員指揮下彈出刷子和刮扳并開(kāi)始清洗工作。

由于國內目前絕大多數高層建筑仍采用吊籃加人工完成清洗王作，清洗機器人無(wú)疑將有十分廣闊的應用前景。

清洗機器人的特點(diǎn)是安全、高效、價(jià)格適中，但由于現代建筑藝術(shù)的個(gè)性化，清洗作業(yè)的自動(dòng)化仍面臨著(zhù)對象化的巨大挑戰。從總體上看，各國在實(shí)現復雜運動(dòng)和清洗功能的技術(shù)理論和實(shí)踐上仍需經(jīng)歷一段成熟期。

（2）纜索清洗機器人

斜拉橋以其優(yōu)美的外觀(guān)及良好的抗震性越來(lái)越得到橋梁設計師的青睞。自從1956年在瑞典建成曹姆松特斜拉橋以來(lái)，到1993年全世界已有300余座斜拉橋。我國自1975年在四川云陽(yáng)建成第一座斜拉橋之后，至今共建成40余座斜拉橋。

斜拉橋的主要受力構件是纜索，因長(cháng)期暴露在大氣之中，受到風(fēng)吹、日曬、雨淋和環(huán)境污染的侵蝕，其表面會(huì )受到較嚴重的破壞，這會(huì )對整座斜拉橋帶來(lái)不利的影響。因此，對纜索的有效維護是十分必要的。

此外，為了增加斜拉橋的魅力，纜索彩化處理也成為許多橋梁專(zhuān)家追求的目標。

目前，彩化斜拉橋的方法有三種，即彩色繞包、全材彩化及彩色涂裝，其中彩色涂裝是最經(jīng)濟且柔性較大的方法。到目前為止，國內外對斜拉橋纜索進(jìn)行彩色涂裝主要采用兩種方法，一種是針對小型斜拉橋使用液壓升降平臺進(jìn)行纜索涂裝，另一種是利用預先裝好的塔頂的定點(diǎn)，用鋼絲托動(dòng)吊籃搭載工作人員沿纜索進(jìn)行涂裝。前一種方法工作范圍十分有限，后一種方法是許多斜拉橋采用的普遍方法，但采用人工方法進(jìn)行高空涂裝作業(yè)不僅效率低、成本高，而且危險性大，尤其是在風(fēng)雨天就更加危險。

纜索機器人可以較好地解決這一問(wèn)題。圖9-18為上海交通大學(xué)與上海黃浦江大橋工程建設處合作研制的一臺斜拉橋纜索涂裝維護機器人。該機器人系統由兩部分組成，一部分是機器人本體，另一部分是地面小車(chē)。機器人本體可以沿各種傾斜度的纜索爬升，在高空纜索上自動(dòng)完成檢查。打磨、清洗、去靜電、底涂和面涂等一系列工作。機器人本體上裝有CCD攝像機，可隨時(shí)監視工作情況。地面小車(chē)用于向機器人本體供應水、涂料，同時(shí)監控機器人的高空工作情況。

該機器人還具有以下功能：（1）纜索檢測功能：機器人上裝有鋼絲繩檢測系統，可沿纜索檢測鋼絲是否有斷絲，以便及時(shí)更換纜索。

（2）纜索清洗功能：在機器人本體上配備有各種形狀的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成纜索去塵、脫脂和去聚乙烯表面靜電等工作。

（3）罐體檢查/清洗機器人

上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種專(zhuān)門(mén)檢測金屬油罐容積的機器人，是目前國內跨越障礙高度的頂尖''好手”。它的''大腳”上還縛有傳感器，目前已被上海煉油廠(chǎng)相中，用于替代傳統的人工檢測。除此之外，它還有望深入煤氣罐、化學(xué)壓力容器等危險環(huán)境，進(jìn)行探傷、除銹、噴漆、清洗工作。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制出一種核工業(yè)用壁面爬行遙控檢查機器人，主要用于檢查放射性核廢液儲放罐焊縫，以便及時(shí)發(fā)現因核廢液腐蝕原因造成的泄漏隱患并進(jìn)行清除，確保環(huán)境的安全。

（4）清洗機器人在其他環(huán)境中的應用

哈爾濱海外學(xué)人創(chuàng )業(yè)園研制成功一種水輪機修復機器人，目前已獲得自主知識產(chǎn)權，并進(jìn)入試生產(chǎn)階段。

這種機器人重量只有三四十公斤，是專(zhuān)門(mén)用于到水下給出現故障的發(fā)電機組“治病”的。水電站的水輪發(fā)電機組在水下運轉多年，會(huì )出現汽蝕、泥沙磨損等故障，按常規檢修方法，只能讓機組停止工作，再從百米深的水下吊上來(lái)修理。

由于機組龐大，僅水輪機的一個(gè)轉輪就重達幾百?lài)?，整個(gè)拆吊、清洗、維修、安裝、試驗過(guò)程一般需3個(gè)月以上。水輪機修復機器人誕生后，機組再出現故障，只要把機器人放到水下機坑里，它就能沿水輪機葉片進(jìn)行清洗，修復，工作效率是人工的4倍，整個(gè)修復過(guò)程至少可減少80天。

水輪機修復機器人的誕生，為水電站帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。據介紹，一臺32萬(wàn)千瓦機組每天創(chuàng )造效益200萬(wàn)元人民幣，出現故障后，若用機器人修理，一次可減少損失1.6億元。

（5）剖析清洗機器人構成

目前的清洗器人一般都是以爬壁機器人為基礎開(kāi)發(fā)出來(lái)的。一個(gè)完善的清洗機器人系統通常包括如下的5個(gè)子系統：

①清洗機器人本體：包括機器人的移動(dòng)機構和驅動(dòng)系統。移動(dòng)方式有車(chē)輪式、履帶式和足腳式（兩足或多足）等。車(chē)輪式移動(dòng)速度快、控制靈活，但維持一定的吸附力較困難。履帶式對壁面的適應性強，著(zhù)地面積大，但不易轉彎。足行機器人移動(dòng)速度慢，適應場(chǎng)地能力強。根據不同的吸附與移動(dòng)方式可以組成多種不同形式的壁面移動(dòng)機器人。由于清洗機器人需要適應不同的清洗環(huán)境，設計時(shí)一般需要釆取模塊化設計，從而使清洗機器人本體結構具有可重構、可變形的特性，以滿(mǎn)足不同的應用需求。

②清洗裝置子系統：一般由送液裝置、擦洗或吸?。ǚ蹓m）裝置組成。多集成了高效多功能擦洗頭。送液裝置常還要具有污水（液）回收、凈化再生與循環(huán)使用的功能。工作時(shí)，首先通過(guò)送液裝置把清洗液送到要清洗處，然后用擦洗裝置進(jìn)行擦洗，并由傳感裝置檢測擦洗的效果。

③吸附裝置子系統：爬壁機器人主要有負壓吸附和磁吸附兩種吸附方式。大樓擦窗機器人常采用負壓吸附方式。真空吸附法又分為單吸盤(pán)和多吸盤(pán)兩種結構形式，它具有不受壁面材料限制的優(yōu)點(diǎn)，但當壁面凹凸不平時(shí)，容易使吸盤(pán)漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低。磁吸附法可分為水磁鐵和電磁鐵兩種，要求壁面必須是導磁材料。其結構簡(jiǎn)單，吸附力遠大于真空吸附方式，且對壁面的凹凸適應性強，不存在真空吸附漏氣的問(wèn)題，因而當壁面是導磁材料時(shí)優(yōu)先選用磁吸附爬壁機器人。

④傳感子系統：用來(lái)檢測獲取被清洗物體的形狀信息及周?chē)h(huán)境的信息。一般用到的傳感裝置有：CCD攝像頭，壓力傳感器等。

⑤控制子系統：控制系統無(wú)疑是清洗機器人的核心部分，正是在它的指揮、控制和協(xié)調下，機器人的各個(gè)部分才能有條不紊地去完成清洗工作。一般情況下，清洗機器人中都裝有微控制器。通過(guò)這個(gè)車(chē)載微處理器完成傳感器到視覺(jué)融合的環(huán)境檢測與識別。運動(dòng)控制一般采取局部未知環(huán)境下自主運動(dòng)與全局遙控相結合的總體控制策略。對于驅動(dòng)裝置，一般采用數字位置伺服和高魯棒性的運動(dòng)定位，同時(shí)對于保險繩要有隨動(dòng)控制，從而控制機器人安全順利的完成工作。

可以看出，清洗機器人的研發(fā)涉及機器人、人工智能、傳感、控制、視覺(jué)、環(huán)境識別、現代設計方法等諸多知識，是多學(xué)科交叉綜合的結果。此外，還涉及構成各類(lèi)機器人自身服務(wù)功能的各項專(zhuān)有技術(shù)。通過(guò)清洗機器人的研發(fā)，不但可以提高我國在該領(lǐng)域的研究水平，也可使我國的清洗行業(yè)的實(shí)力更上一層樓。

⑥清洗機器人應用前景

據有關(guān)部門(mén)統計，目前全國已建造了數百萬(wàn)平方米的大型玻璃幕墻。按規定五星級飯店的玻璃幕墻每年至少要清洗4次。目前僅北京市就有五星級飯店20余家、四星級飯店24家、三星級飯店126家、二星級168家。行業(yè)規定，五星級、四星級飯店外墻每季度必須清洗一次。作為北京市窗口的北京站，每年重大節假日都需清洗，每次清潔費約20萬(wàn)元。上海聯(lián)華大廈、北京天倫王朝飯店玻璃幕墻每次的清洗費用約為12萬(wàn)元。無(wú)疑，這將是一個(gè)龐大的潛在市場(chǎng)。申奧和申博的成功更將成為我國建筑行業(yè)發(fā)展的兩大發(fā)動(dòng)機。但是我們也應該看到，由于清洗機器人需要在不同的工作環(huán)境中進(jìn)行工作，要滿(mǎn)足諸多用戶(hù)的不同需求，就目前階段而言，高樓清洗機器人進(jìn)入市場(chǎng)仍存在一定困難'首先是技術(shù)方面有待完善，此外，作為一種全新的清洗概念和作業(yè)方式，它必然還要經(jīng)歷一個(gè)傳統方式的退出和人們對新事物的接受、認同過(guò)程。

2.生物工程清洗

生物工程就是要控制活的生物體的力量，使某些生物和化學(xué)過(guò)程更加容易、迅速和有效地發(fā)生。這種方法是可行的，因為它基于人們對活生物體的了解和應用這些知識到工業(yè)中的能力。

在生物工程應用方面，英國處于領(lǐng)先地位。其中，最主要的一種技術(shù)就是工業(yè)清洗。

應用實(shí)例包括：

*減少使用溶劑粘合劑的工廠(chǎng)的VOC排放：讓空氣流穿過(guò)生物處理設備，使微生物有效地代謝水溶性溶劑、低水溶性溶劑和溶劑混合物。

*代替電鍍行業(yè)在表面處理時(shí)去除油和污塵的高溫堿洗器。生物工程清洗系統能夠消化這些油類(lèi)，從而幾乎能使清洗器無(wú)限期地工作。

*利用表面活性劑和酶代替傳統的化學(xué)清洗去除殘留粘合劑。

*清洗重型貨車(chē)時(shí)，用酶清洗器代替苛性鈉清洗。酶清洗器不僅能夠和苛性鈉一樣有效，而且可以消除嚴重的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)還不會(huì )影響車(chē)輛的油漆。

*在其他表面處理中，如去除金屬片表面的蠟，生物工程清洗器還被用來(lái)替代酸或溶劑清洗器。

*在通常的衛生間和建筑物維護應用中，生物工程清洗器也被用來(lái)替代傳統的溶劑、酸或堿清洗器。

*有些使用強勁流體來(lái)冷卻和潤滑組件的工程公司，會(huì )產(chǎn)生廢棄液體，可以利用生物工程處理這些使用過(guò)的液體，通過(guò)生物反應器，油類(lèi)可以被消化。

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，生物工程在工業(yè)中應用越來(lái)越廣泛。不過(guò)，盡管生物工程清洗技術(shù)已經(jīng)得到許多應用，但是該技術(shù)仍未得到許多制造公司的廣泛認可。隨著(zhù)環(huán)境立法的日益嚴格，毫無(wú)疑問(wèn)，人們將會(huì )意識到采用生物工程清洗這種有效的清洗技術(shù)的必要性。

生物降解技術(shù)目前己經(jīng)得到一定范圍的應用。

（1）生物降解技術(shù)

用微生物對有機物進(jìn)行降解，是被廣泛應用在水污染和一些陸地場(chǎng)所污染處理的一項友好的環(huán)保技術(shù)。生物降解技術(shù)在零部件清洗方面還是個(gè)新鮮事物，有待于深入認識。本節重點(diǎn)介紹討論微生物清洗的相關(guān)議題，包括：微生物的工作原理、在清洗領(lǐng)域中的應用、微生物的安全性、整個(gè)清洗系統的優(yōu)勢以及在實(shí)際應用中的效果等。

微生物降解是利用天然微生物（酵母菌、真菌以及細菌）將有毒害物質(zhì)分解或降解為低毒或者無(wú)毒物質(zhì)的一種處理過(guò)程。在這種過(guò)程中，微生物吞噬并消化掉有機物（碳氫化合物）以獲得營(yíng)養和能量。最早使用此項技術(shù)是在紐約的“情人運河（LoveCanal）”，當時(shí)使用了某種細菌對地下水和土壤進(jìn)行解毒。從那時(shí)起，微生物通過(guò)特定的用途在自然環(huán)境清潔領(lǐng)域中已經(jīng)開(kāi)始扮演起了一個(gè)十分重要的角色。

一種名為“假單鞄菌pseudomonads”的特殊菌群已經(jīng)被多次用在有毒場(chǎng)所，以降解有毒的化合物。微生物能夠降解的物質(zhì)包括：含氯溶劑、酚類(lèi)化合物、萘、燃油以及石油。為了保證生物降解的質(zhì)量，微生物必須保持活躍和健康。生物降解技術(shù)通過(guò)創(chuàng )造適宜的生存環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足微生物的生長(cháng)條件，并增加微生物數量。

微生物可以在有氧或無(wú)氧的環(huán)境下完成降解工作。在有氧環(huán)境下，微生物從空氣中獲得充足的氧氣，然后把有機污染物轉化為二氧化碳和水。在無(wú)氧環(huán)境下，沒(méi)有氧氣支持生物的活性，所以微生物必須打破有機污染物的化學(xué)鏈以釋放他們所需要的能量。

生物降解應用系統可以分為兩個(gè)主要的類(lèi)別：就地處理系統以及異地處理系統。就地處理系統是在發(fā)現污染物的地方就地進(jìn)行生物降解處理。異地處理系統則需要將污染物轉移到能夠處理的地方再對其進(jìn)行降解處理。

隨著(zhù)微生物在環(huán)境處理應用中的普及，許多清洗系統都得到了改進(jìn)：在制藥工業(yè)中，細菌是抗生素以及某些抗癌藥的原料。經(jīng)過(guò)觀(guān)察發(fā)現細菌還可以延長(cháng)食品的保存期。對于需要發(fā)酵的食品，諸如酸奶、酸乳酪、白脫牛奶等，細菌不但可以改善滋味和質(zhì)地，還可以使這些食品變得安全。另外，細菌還成功地被應用到了餐館的隔油器和零部件清洗系統中用來(lái)降解類(lèi)似油脂、原油、脂肪以及其他的碳氫化合物。

本文將著(zhù)重討論一些就地微生物處理技術(shù)，這些技術(shù)的應用有效地消除了有毒有害物質(zhì)的運輸中可能引發(fā)的其他問(wèn)題。

（2）生物降解在零部件清洗系統中的應用

目前世界上流行的釆用了生物降解技術(shù)的零部件清洗系統的工作步驟是從表面活性劑/脫脂劑將碳氫化合污染物從零部件上分離下來(lái)開(kāi)始的，然后污物跟隨清洗液通過(guò)一個(gè)過(guò)濾裝置或過(guò)濾墊，同時(shí)將墊子中可以分解碳氫化合物的微生物釋放出來(lái)，并流入墊子下方的降解槽中，進(jìn)入清洗劑中的微生物能釋放出多種神秘的天然酶，這些酶能夠打破炷類(lèi)分子之間的分子鍵，釋放出碳，這些碳正是微生物的營(yíng)養源。換句話(huà)說(shuō)，這些有機體蘇醒了過(guò)來(lái)并吃掉油污。干凈的清洗液不斷地從清洗機的底部（生物反應器）被循環(huán)抽上來(lái)。清洗工作得以持續進(jìn)行。

高效的微生物清洗系統利用好氧和厭氧微生物分解作用的組合。清洗劑通過(guò)噴嘴和帶孔的刷子時(shí)，與大氣接觸，能使某些微生物獲得足夠的氧氣；而在降解槽下面的微生物則在不停地分解沉積在槽中的污物。

清洗劑通過(guò)之前，在過(guò)濾墊上的微生物是處于休眠狀態(tài)的，所以不用擔心微生物的貯存以及生存問(wèn)題。過(guò)濾墊每隔30天至少需要更換一次，這可以達到兩個(gè)目的：一是可以防止清洗過(guò)程中過(guò)濾下來(lái)的金屬積累到有害的程度，這會(huì )帶來(lái)墊子處理的環(huán)保責任問(wèn)題：一是更換過(guò)濾墊可以保證每隔30天有新種群的微生物加入，確保微生物的活力：更換墊子后，新微生物會(huì )吃掉老微生物。

在整個(gè)清洗過(guò)程中，我們建議降解槽中清洗劑的溫度保持在105°F（40.5C）左右。微微加熱的目的是提高清洗劑的工作效率，并且為微生物的自我繁殖提供一個(gè)適宜的溫度環(huán)境。

（3）微生物的安全性

一套安全的微生物零部件清洗機中的微生物應當是“美國微生物學(xué)協(xié)會(huì )”規定的1類(lèi)有機生物。這些微生物體在通常條件下不會(huì )產(chǎn)生已知的有害物質(zhì)，并且對人體以及動(dòng)物的危害性是最小的，這一點(diǎn)通過(guò)大量的研究已經(jīng)得到證實(shí)。在零部件清洗機中使用的微生物也遵從"美國環(huán)?？偸?0CFR700標準”，可為使用者們所接受。生物降解技術(shù)中的微生物中沒(méi)有涉及遺傳學(xué)的操作，這是因為這些微生物是被控制在一個(gè)與外界自然資源隔絕的清洗系統中，因此滿(mǎn)足美國“有害物質(zhì)控制法案（TSCA〉”關(guān)于“原生”的定義。

傳統的零部件清洗機的工作原理是將碳氫化合污染物溶解到清洗液里去，所以，隨著(zhù)清洗過(guò)程的繼續，清洗液本身會(huì )變得越來(lái)越臟。而積聚了污染物的清洗液的清洗效率會(huì )大大降低，從而使零部件上留下更多的臟東西，并且最終還會(huì )產(chǎn)生有毒害的廢棄物。

正確操作微生物清洗系統可以保持清洗液的清潔和清洗系統的高效運轉。像原油和油脂等污染物被乳化進(jìn)入清洗液中，在那里，微生物開(kāi)始它們的工作：將乳化的污染物分解為水和二氧化碳。分解出來(lái)的水進(jìn)入清洗液中，而二氧化碳則釋放到大氣中，總量幾乎可以忽略不計。另外，盡管生物降解的過(guò)程需要一定的時(shí)間，但是那些沒(méi)有被及時(shí)分解掉的乳化的油類(lèi)不會(huì )再沉積在零部件上，因此，乳化的油類(lèi)不會(huì )再重新附著(zhù)在金屬表面。

總之，微生物清洗機是一種可以自我清潔的清洗系統，不會(huì )產(chǎn)生有害的液態(tài)廢棄物，從而可以保持高效運作達數年之久，而只產(chǎn)生數量極其有限的廢液。

（4）微生物清洗系統的安全性

當微生物零部件清洗機工作時(shí)，如果引入漂白劑，消毒劑，或者其他抗微生物劑就會(huì )殺死微生物。在加上后遺留在工具零件上的微量抗微生物劑通常不會(huì )對清洗有什么影響。過(guò)低的溫度同樣也不會(huì )殺死微生物，但是這會(huì )降低它們的工作效率；當然，過(guò)高的溫度（通常高于140°F或60℃）是會(huì )殺死微生物的，就像醫院里外科器具消毒一樣。

有些人認為，如果零部件清洗之后不用水沖洗的話(huà)，微生物會(huì )進(jìn)入潤滑劑并且分解潤滑劑，從而使整臺機器報廢。實(shí)際上，我們選用的微生物必須在水基的清洗液中才能存活，也就是只能在我們的清洗系統里生存，在潤滑劑或原油當中不會(huì )存活很長(cháng)時(shí)間，而且一臺運行的引擎或機器的溫度足以殺死任何從零部件清洗機進(jìn)入機器中的殘存微生物。

另一種荒誕的說(shuō)法是，如果感染了某種疾病或者病毒（像結核或者艾滋病毒）的人使用了機器，病毒會(huì )通過(guò)清洗劑傳染給下一位使用者。事實(shí)證明并非如此，整個(gè)微生物清洗系統的生存環(huán)境于“親碳氫化合物”的微生物，對于有結合桿菌TB、艾滋病毒等絕大多數分支桿菌是無(wú)法生存的。

一些科學(xué)的測試已經(jīng)證實(shí)了微生物零部件清洗系統的效力。這些測試包括：最終結果分析、使原油和油脂完全可再生（美國環(huán)保署，測試方法413.2），這些測試方法可以將殘留的碳氫化合物進(jìn)行量化，以獲得更為具體的微生物降解效率。數據表明微生物對于諸如燃油和其他石油碳氫化合物的降解率可以達到15mg/L/h，有機溶劑可以完全降解，數據還表明90%的機油可以在3d內降解掉。生物降解是一種自然的過(guò)程，最近開(kāi)始被拓展應用到經(jīng)過(guò)特殊設備的零部件清洗機中。您可以從公司的其他資料中了解到這些事實(shí)。

總之，微生物降解技術(shù)是一項新型技術(shù)，是一種自然的過(guò)程，在這一過(guò)程中潛在的有害物質(zhì)被安全天然的微生物分解成為無(wú)危害的物質(zhì)。ChemFree公司正是利用了這一過(guò)程，并將之利用到一種自循環(huán)封閉、經(jīng)濟的清洗系統中，從而顯著(zhù)地降低了空氣污染，減少了供水和水處理壓力，并消除了其他化學(xué)溶劑清洗所產(chǎn)生的對環(huán)境的負面影響。

經(jīng)過(guò)11年的研究開(kāi)發(fā)和使用，這項技術(shù)已經(jīng)成熟，目前的微生物清洗系統在世界各地的各行各業(yè)都己被采用。

隨著(zhù)相關(guān)政府部門(mén)的主動(dòng)參與，以及生物降解技術(shù)不斷地為更多的用戶(hù)所接受，無(wú)論在美國或是在全球，這項技術(shù)的前途都是非常光明的。

（5）應用案例

ChemFree公司的微生物清洗系統SmartWasher通常在各種公司中用來(lái)清洗機動(dòng)車(chē)維修操作中的零部件。應用領(lǐng)域涉及：

發(fā)電設備，制藥器械，造紙、印刷系統，潛艇，航空器械，瓶子和包裝業(yè)，交通運輸系統，農具，礦業(yè)設備，食品器械和動(dòng)物園等。

下面以洛克希德?馬丁航空系統應用該清洗系統情況為例，介紹微生物清洗系統的應用。

概要：坐落于喬治亞州瑪麗埃塔的洛克希德?馬丁航空系統用水基零部件清洗劑替換了傳統的化學(xué)溶劑清洗劑。該替代案例既消除了安全方面的問(wèn)題，又節約了使用成本。

背景：洛克希德?馬丁公司主要生產(chǎn)軍用飛行器。公司的設備維護車(chē)間過(guò)去使用各種各樣有毒的傳統溶劑來(lái)清洗零部件。這些零部件通常在清洗之后再維修，并重新裝到機器上去。

那個(gè)時(shí)候零部件清洗都是工人手工作業(yè)，工序包括浸泡、刷、刮、擦，洗完后用抹布擦干或者自然風(fēng)干。

公司一直想在達到一定清潔度的前提下，盡量減少員工與危險物質(zhì)的暴露接觸，減少清洗劑燃燒起火的危險和定期向有關(guān)部門(mén)進(jìn)行匯報的次數，以及其他與有害物質(zhì)相關(guān)的隱患。

轉交過(guò)程：公司一共有23個(gè)維修區，每年為了清洗零部件一共要消耗4267.9L的傳統清洗劑。經(jīng)過(guò)一番尋覓和試驗之后，公司發(fā)現可以用一種無(wú)毒的水基清洗劑替代傳統的零部件清洗劑。這種新式的清洗劑靠一種酶分解油污和油脂。

由ChemFree公司生產(chǎn)的SmartWasher使用一種水基清洗劑來(lái)去除零部件上的油脂和油污。清洗過(guò)程中，大量的酶從一塊一次性的墊子中釋放進(jìn)清洗液中，這塊墊子還能夠過(guò)濾掉直徑10μm以上的雜質(zhì)。這些酶通過(guò)生物降解的方式將油脂和油污轉化為無(wú)毒的物質(zhì)。這個(gè)過(guò)程保持了系統中液體的清潔，而且不再有廢棄物的處理和排放的問(wèn)題。通常，每個(gè)月需要更換一次上面所提到的那個(gè)墊子，每個(gè)墊子的價(jià)格為$9.69。3個(gè)月試用期之后，洛克希德?馬丁一共購買(mǎi)了23套清洗設備。

結果：目前已經(jīng)得出評估結論，SmartWasher設備每年可以為公司節省$61678；兩個(gè)半月之后就能看到投資回報。以下是P2AD的成本節約評估計算：

a.23臺新零部件清洗機成本支出=$28375

b.成本回避=$15000

c.使用老清洗劑費用=$84376/a

d.使用新清洗劑費用=$20023/a

回報期=（$28375—$15000）/（$84376/年?$20023/a）

=13375/$64353/a=0.2078a×12月/a=2.49月

a.第一年節約=（$84376-$20023）-（$28375-$15000）=$50978

b.第二年節約=（$84376-$20023）=$64353

c.5年總計節約=$308390

d.平均每年節約=$61678/a