表面污染的微生物清潔

1. 前言

多種工業(yè)生產(chǎn)中使用溶劑清洗來清潔表面污垢[1]。許多用于清潔的傳統(tǒng)溶劑，如氯氟烴等對環(huán)境不利，而且，越來越多的法規(guī)中都在開始限制它們的使用，所以，最終將會被逐步地淘汰[2,3]。因此，需要尋找可替代這些溶劑的清潔方法。其中一種就是生物清潔，它可以利用自然產(chǎn)生的微生物來清除不同表面上多種多樣的污垢。本文重點(diǎn)介紹表面污垢的微生物清潔。

2. 表面污垢和清潔水平

最常見的表面污垢種類包括微粒污垢、薄膜污垢或分子污垢，有可能是有機(jī)的、無機(jī)的、離子污染物和微生物污染物。還有一些特殊工業(yè)中會有一些金屬污染物、有毒污染物和危險化學(xué)品污染物、放射性材料污染物和生物污染物。表面污垢可以有很多形式，也可能在表面呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)。一般污染來自機(jī)油和潤滑油脂，液壓液和清洗液，膠黏劑，蠟狀物，人為污染和微粒物質(zhì)。此外，同一表面上，可能會同時存在大量的不同類型的化學(xué)污垢。如何清潔取決于表面上污垢的數(shù)量、特性和種類。

精密技術(shù)應(yīng)用中清潔度主要具體指對微粒和碳?xì)浠衔锏炔灰讚]發(fā)性成分（NVR）的清潔。例如，全球民用和國防航天機(jī)構(gòu)規(guī)定航空硬件的微粒的表面清潔度以微米/單位面積計算[4,5]，NVR以微克/平方厘米計算。清潔度是以污染度等級為基礎(chǔ)建立的，微粒污染度通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IEST-STDCC1246D確立，等級從1～1000，NVR等級從AA5（0.1 mg/cm2）到J（0.025 mg/cm2）[6]。在一些商業(yè)應(yīng)用中，精密清潔水平定義為一種有機(jī)污染物水平＜10μg污染物/cm2，盡管對于許多應(yīng)用中要

求在1μg /cm2[6]。這種清潔程度既不能令人滿意，也不能滿足金屬設(shè)備、電子裝配、光學(xué)和激光組件、精密機(jī)械零件和電腦零件等的功能需求。

3. 背景

微生物清潔是生物降解這一廣泛概念的一部分。顧名思義，生物降解是一種減輕污染的自然解決方案。它在技術(shù)定義為通過使用自然生物制劑，如細(xì)菌、酶或真菌等加速對有機(jī)化合物的分解。對于含碳污染物（油和油脂），最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。生物降解是一種安全的、環(huán)境友好的處理多種有害垃圾的方式，可以用于清理石油泄漏和其他污染物，可以替代溶劑清潔，并得到環(huán)境保護(hù)署的支持。

微生物菌劑主要的微生物群體有六種[7]。

1）古生菌是單細(xì)胞原核細(xì)胞菌群，有時在新陳代謝過程中會產(chǎn)生甲烷。由于其特有的細(xì)胞膜和新陳代謝，古生菌廣泛適用于各種環(huán)境條件。

2）細(xì)菌也是一種單細(xì)胞原核生物。具有獨(dú)特的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，區(qū)別于古生菌。它們可以分解烴類污染物。

3）真菌是非光合作用的真核生物，直接從環(huán)境中吸收營養(yǎng)。這一種類包括蘑菇、霉菌和酵母菌。

4）原生生物是一類動物、非光合作用的真核生物，一般存在于潮濕的環(huán)境中。

5）病毒由核酸（DNA或RNA）、蛋白質(zhì)組成，具有一些生命特征。但是，它們?nèi)狈颂求w（合成蛋白質(zhì)所需物質(zhì)）、細(xì)胞膜這些對產(chǎn)生能量很重要的物質(zhì)。而這些都是細(xì)胞所具有的特性。

6）微生物合并指的是不同微生物種類之間的組合和協(xié)作。

在這些微生物中，只有細(xì)菌（通常用）和真菌（不太常用）被用于去污[8-14]。當(dāng)它被激活后，微生物分泌酶來分解污垢[15-17]。因此，在無菌條件下，從不同菌種制造純酶，用于去污。微生物清潔應(yīng)用于零部件清潔、藝術(shù)品清潔、石油泄漏清潔、廢水清潔、家用及工業(yè)清洗。

應(yīng)用于清潔領(lǐng)域的微生物在通常操作條件下需要是不致病的，并且不存在潛在的危害。它們歸類為美國標(biāo)準(zhǔn)菌庫（ATCC）種類I，對人類和環(huán)境都絕對安全，在操作和使用中不需要特殊的生物安全水平的實(shí)驗(yàn)室設(shè)施。它們不受ATCC、美國衛(wèi)生、公共衛(wèi)生署和毒品管理?xiàng)l例（TOSCA）的限制。

對于大多數(shù)的表面清潔情況，微生物是經(jīng)過具體選擇，用于降解不同類型烴類污染物的一種高度專業(yè)化的混合物。它們強(qiáng)有力地黏附在油脂上并進(jìn)行分解，但同時卻不會對工業(yè)級別的金屬和天然橡膠產(chǎn)生分解作用。最常用于清潔烴類污染物的菌群是假單胞菌和芽孢桿菌[18-20]。脫硫弧菌

和去磺弧菌等不同的硫酸鹽還原菌可以用來有效地去除建筑物表面的硫酸鈣沉積物[21]，細(xì)菌將硫酸鈣分解為Ca2+和 SO42-離子，并進(jìn)一步將SO42-離子分解為S2-離子。

圖4.1 A typical microbial cleaning life cycle diagram

4. 微生物清潔原理

微生物清潔烴類污染物的基本原理就是通過微生物作用將污染物轉(zhuǎn)化為無害的CO2和水[9,22]。圖4.1表示了一個清洗過程的生命周期圖。在一個典型的表面清潔應(yīng)用中，與污染表面接觸的清洗液含有強(qiáng)效的表面活性劑/脫脂劑。表面活性劑降低污染物和零部件表面的表面張力，從表面分離污垢。微生物和營養(yǎng)物被釋放到并存活在清洗液中。營養(yǎng)物通常被作為清洗混合物的一部分被加入，用來強(qiáng)化新生微生物，直到有足夠量的油脂作為碳源引進(jìn)。微生物分泌天然酶（例如脂肪酶【油脂】，淀粉酶【淀粉】和蛋白酶【蛋白質(zhì)】），可以破壞烴類化合物的分子鍵，使污垢分子（油脂）分裂。這一作用過程釋放的碳作為微生物的源營養(yǎng)。微生物被激活，開始分解油脂，然后通過細(xì)胞壁吸收，并進(jìn)一步分解。污垢隨著清洗液被排出，將清洗液過濾，濾去灰塵、油漆碎片和其他一些微粒物質(zhì)。

部件清潔中，清潔作用開始于表面活性劑而非微生物。然而，盡管微生物不參與表面污染物的搬遷，但隨著時間推進(jìn)它們將會去除清洗系統(tǒng)中的任何烴類物質(zhì)。在一個有利的、營養(yǎng)豐富的環(huán)境中，生物降解物質(zhì)持續(xù)增加，最終遍布整個污染物溶液中，整體的微生物量以指數(shù)方式持續(xù)增加，直到所有可利用的烴類都被消耗掉，從而，最終得到潔凈的不含烴類物質(zhì)的清潔液。細(xì)菌繁殖非常迅速。一個單細(xì)胞在24h內(nèi)可增長至1021[22]。清洗液可以在體系中循環(huán)再利用，清洗循環(huán)重復(fù)，清潔過程沒有中斷。

微生物釋放的酶只能對污垢的一個表面產(chǎn)生作用，這就導(dǎo)致修復(fù)更慢、效率更低。因此，可以使用催化劑加速這一過程。通常，生物催化劑不但包含非離子表面活性劑、乳化劑和水，還含有微生物存活必須的營養(yǎng)物質(zhì)。表面活性劑和乳化劑復(fù)配作用于污垢，可將污垢分解成非常小的小球，從而，使微生物能與污垢親密接觸。小球被酶包圍，從而，加快污垢的分解速率。生物催化劑顯著地增加了生物有效氧。催化劑加速了微生物繁殖速度，從而，使生物除污速度更快，降解更徹底。這一過程的副產(chǎn)物（純烴類）為二氧化碳、水和可溶的脂肪酸。

有效的生物除污體系使用有氧和厭氧微生物相結(jié)合。通過噴嘴和龍頭流動液體產(chǎn)生曝氣，為某些菌株提供足夠的氧氣。同時，其他菌株對沉積在容器底部的污垢進(jìn)行分解作用。

5. 清洗系統(tǒng)

對部件清洗應(yīng)用來說，會專門設(shè)計清潔設(shè)備以達(dá)到最佳的清洗效果。而像藝術(shù)品清潔和家居清潔等，不需要特殊的設(shè)備。

5.1 部件清潔

市場上可以購買到幾種規(guī)格和種類的微生物部件清潔產(chǎn)品。圖4.2為幾種獨(dú)立的微生物部件清潔設(shè)備[24-30]。通常，這些加熱清潔系統(tǒng)由上部洗滌槽和下部水槽、過濾組件（可以過濾掉明顯的微粒物質(zhì)，例如，沙子、粗砂、污垢和油漆碎片）、電源塊、機(jī)載診斷系統(tǒng)、循環(huán)泵、清潔噴嘴和一個水槽曝氣系統(tǒng)（用于增加微生物活性）組成。泵壓力越高清潔效果越好。這些清潔體系

可以清潔20～200kg的部件。盡管最近引進(jìn)了強(qiáng)力的清潔體系可以清潔整輛自行車，但是這些設(shè)備與傳統(tǒng)的上部水槽溶劑設(shè)備相似，最好用于輕型手動清洗部件。該設(shè)備的零部件清洗機(jī)含有完整的自行車支架[31]。

圖4.2 Examples of bioremediation parts washers. (a) Graymills BiomaticsTMParts Washer, (b) Bio-Circle, and (c) ChemFree Smart Washer[28-30].

5.2 清潔溶液和微生物組成

各種各樣的清潔溶液和微生物組份被用于許多不同清潔領(lǐng)域。應(yīng)用中的強(qiáng)力去油溶液為無害、不腐蝕、中性、不易燃、無毒特性的水基去油溶液，對環(huán)境和人類不造成傷害。按照說明使用，不會產(chǎn)生有危害的液體廢棄物或永久的危害。部件清洗產(chǎn)品制造商提供的去油溶液僅適用于自己的機(jī)器，并不推薦在其他產(chǎn)品中使用[32-34]。同樣地，微生物混合物也是為專門的清潔體系而設(shè)計的。每一個獨(dú)立的設(shè)備，對其特定溫度、泡沫補(bǔ)償、曝氣參數(shù)、流速等除污條件都進(jìn)行了最佳優(yōu)化。如果微生物混合物被稀釋或是清潔溶液構(gòu)成改變，那么清潔產(chǎn)品的性能將會受到很大影響。如果在其他清潔中使用該溶液，將會降低微生物分解污垢效率、降低清潔性能，甚至?xí)p壞機(jī)器導(dǎo)致保修無效。

一些商家出品了濃縮微生物清潔溶液，可用于手工清洗應(yīng)用中傳統(tǒng)的噴霧清潔體系[35-43]。這些溶液在使用中需要按照20∶1的比例稀釋。

許多酶制劑清潔組分已經(jīng)開發(fā)并被商業(yè)化[44-64]。配方中的酶為商業(yè)化產(chǎn)品，應(yīng)用于各個公共設(shè)施和家居清潔領(lǐng)域[65-67]。第7節(jié)會對該應(yīng)用進(jìn)行部分探討。

5.3 微生物應(yīng)用

一些進(jìn)行防銹處理、磷化、電鍍、油漆、粉末涂敷、熱鍍鋅或是涂層工業(yè)的部件清洗工業(yè)均得益于微生物清潔。微生物清潔已經(jīng)成功地應(yīng)用于石油化工廠、化工廠、煉油廠、食品加工廠、海洋駁船、機(jī)械工廠部件清洗機(jī)、卡車清潔、木

材加工廠和地下水處理等領(lǐng)域。第7節(jié)中將對應(yīng)用案例進(jìn)行探討。

5.4 污垢類型

雖然，清洗液通常含有非常強(qiáng)效的表面活性劑，可以清潔多種污垢。但是，清洗液從配方設(shè)計到推薦應(yīng)用都是用于清潔生物降解烴類污垢的，具體如下：

? 原油

? 其他油脂（切削油和車用機(jī)油）

? 液壓傳動液

? 溶劑

? 苯系物（苯、甲苯、乙苯和二甲苯）

? 油脂

? 潤滑劑

? 胺類

? 木餾油

? 酚類

? 脂肪

? 核酸

微生物對該類污垢的清潔性能是十分突出的。例如，分析結(jié)果顯示，生物去污產(chǎn)品中，烴類污垢一般在1400ppm范圍。與其相比，其他傳統(tǒng)非生物的液體清洗液的油脂污垢平均在20000ppm[9,11]。

微生物對油漆、油墨、膠水、黏合劑、密封膠、蠟、焦油、涂鴉、筆痕、橡膠和樹脂等污垢也能很好地去除。

5.5 基質(zhì)類型

像碳、不銹鋼、鍍鋅鋼、黃銅、合金、鋁、塑料、陶瓷、玻璃纖維、玻璃/石英、純銀、鎳、肽和混凝土等基質(zhì)都可以被很好地清潔。清洗液不但可以有效地清潔金屬部件，而且，清洗過程中不會損壞橡膠和塑料等其他非金屬部件。對于所有的部件清潔產(chǎn)品，一些表面的清潔速率可能與其他表面不同，這是由于表面污垢的類型和程度不同造成的。因?yàn)榍鍧嵁a(chǎn)品是在幾乎中性和低溫條件下使用的，在清洗過程中不會腐蝕金屬部件。金屬、塑料和玻璃纖維部件清潔后將會保持最初的狀態(tài)。

5.6 部件清潔

部件清潔產(chǎn)品的使用操作簡單，如圖4.3所示。脫脂溶液通過上部水槽的噴嘴噴灑在被污染的部件上。將微生物和營養(yǎng)物引入位于下部水箱中的已使用過的去油溶液中，微生物被激活并開始分解溶液中的烴類污垢。將清洗液中的微粒物質(zhì)過濾去除后，清洗液再循環(huán)至上部水槽用來清洗更多的部件。底部水槽的發(fā)熱元件會維持最佳操作溫度，使微生物活性最大，通常在323-360K。同時保持水槽本身的清潔（圖4.4）。

運(yùn)行良好的微生物清潔系統(tǒng)，定期產(chǎn)生的廢棄物會阻塞使用過的過濾器，需要每3-8周替換一次。清洗液只有在失效時才需要更換，能使用好幾年的時間。廢棄物在未經(jīng)測試認(rèn)定為無害情況

下，通常會認(rèn)定為有害。

圖4.3 Cleaning of parts in a wash basin[30]. Source: Courtesy of J. Walter Co.,Ltd.

圖4.4 Parts cleaner sink (a) prior to cleaning, and (b) after cleaning[30].

操作指南如下：

微生物部件清潔系統(tǒng)十分有效并且易于操作。操作指南將會有助于維持系統(tǒng)的最佳清潔性能。

? 清潔液需要加熱，并不斷地通氣以達(dá)到最佳清潔性能。大部分微生物需要在溫暖的環(huán)境下生存，從而，可以高效地持續(xù)地分解烴類污垢，盡可能快地清潔溶液。所以，溫暖的清洗液清洗效果要優(yōu)于低溫清洗液。

? 像消毒劑、漂白劑、溶劑、酸或是氯化物等腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)會使微生物失活，所以不能加入清潔液中。

? 專門為設(shè)備設(shè)計的清洗液應(yīng)當(dāng)維持最佳水平。如果微生物濃度降低或是清潔溶液構(gòu)成改變，將會嚴(yán)重影響體系的清潔性能。

? 微生物適應(yīng)污垢類型需要時間。如果微生物溶液剛開始清潔效果不好，等微生物適應(yīng)新的污垢后，清潔性能就會大大提高。

? 突然增多的高濃度油脂會損害微生物。所以對于油脂過多的重垢部件，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行預(yù)清洗。

? 過濾器應(yīng)當(dāng)定期更換，以免固體在設(shè)備底部沉積，降低清潔性能。過濾器濾出的污染物也可達(dá)到有害標(biāo)準(zhǔn)。更換過濾器可以為微生物菌落引入新鮮清潔劑，從而，使體系可在最佳狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。

? 清潔后的部件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行干燥，以免殘留在表面的液體導(dǎo)致部件生銹或氧化。儲存部件前應(yīng)當(dāng)涂膜。

? 從氣溶膠或其他來源產(chǎn)生的溶劑等環(huán)境污染物會傷害微生物種群。清洗操作應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行規(guī)避。

5.7 成本

部件的清洗產(chǎn)品是相對較為便宜，大約花費(fèi)2500～ 8500美元，具體價格取決于清洗系統(tǒng)的尺寸和容量[28-31]。清洗成本通常不高。因?yàn)?，微生物可以清潔溶液，從而釋放出表面活性劑，可以清潔和乳化更多的污垢，從而對化學(xué)品消耗量極小。預(yù)混和原位激活微生物清洗劑不需要更換，當(dāng)然，每8～10周需要把水箱里的清洗劑補(bǔ)充滿，用來彌補(bǔ)溶液蒸發(fā)和清洗時殘留在部件表面的損耗。清洗液本身的成本大約為每5加侖400美元，

但在使用過程中要按照20∶1的比例稀釋。

微生物清潔能源消耗很小，因?yàn)檎麄€清洗過程中操作溫度在323～360K，僅需要很小的熱能供給。一些系統(tǒng)提供商提供維修服務(wù)，費(fèi)用約為600美元/年，提供兩月一次電話服務(wù)[30]。微生物清潔方法的廢棄物處理成本很低，因?yàn)橹饕膹U棄物為過濾器，每3～8周更換一次?？偟膩碚f，微生物清潔成本低于溶劑清潔，如表4.1所示。

成本節(jié)約示例：

德州陸軍國民警衛(wèi)隊(duì)1995年8月投資近15000美元購買了10臺生物去污部件清洗機(jī)用以替代溶劑清洗產(chǎn)品來清潔汽車調(diào)度場。第一年，衛(wèi)隊(duì)清除了600加侖溶劑廢棄物，并且顯著減少了揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，在廢棄物處理上節(jié)省了5130美元，并節(jié)省了每年4200美元購買溶劑的費(fèi)用。預(yù)估回收期為18個月。一家大航空公司使用23臺生物清潔設(shè)備替換溶劑清潔，第一年就減少了900加侖以上的溶劑使用量，節(jié)省費(fèi)用超過80000美元[9]。

其他研究表明：使用水清洗設(shè)備和微生物清潔設(shè)備替代溶劑清潔設(shè)備，年成本可節(jié)省近40%，平均投資回收期為1.5年，還有回報期小于3個月的個案[10,68]。表4.1將微生物清潔和溶劑清潔的成本進(jìn)行了對比?？偝杀景ㄔO(shè)備、清潔溶劑、化學(xué)品及廢棄物處理。微生物清潔的隨后年度成本要稍高于第一年，這是清潔劑補(bǔ)給產(chǎn)生的費(fèi)用。

作為美國海軍雷克霍斯污染防治設(shè)備計劃的一部分，將溶劑部件清潔系統(tǒng)與微生物部件清潔系統(tǒng)進(jìn)行了對比[69,70]。生物去污體系減少廢物流幾近100%，節(jié)省了1800美元廢棄物處理費(fèi)用。此外，只要對洗滌劑偶爾進(jìn)行補(bǔ)充，就可以一直循環(huán)使用。裝備使用安全，不需要個人防護(hù)裝備。

6. 生物清潔的優(yōu)缺點(diǎn)

6.1 優(yōu)點(diǎn)

1. 污垢被分解成無害的終端產(chǎn)物，如水、CO2和可溶脂肪酸。

2. 微生物清潔是一個自然和安全的過程，是不腐蝕和環(huán)境友好的過程，不產(chǎn)生有害物和排放。

3. 生物去污減少了對溶劑和其他有害物的運(yùn)輸和需求。

4. 生物清潔比傳統(tǒng)溶劑清潔技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)。

5. 清潔操作在溫和條件下進(jìn)行，僅需極低的能量供給來維持比環(huán)境溫度稍高的清潔溫度。

6. 微生物是非病原微生物，在正常操作條件下，完全安全，沒有公認(rèn)的潛在危害。

7. 微生物分解烴類污垢速率每7天可以達(dá)到80%。

8. 多數(shù)的生物去污部件清洗設(shè)備可以清潔大號的、牢固的、較臟的部件。

9. 部件通常在第一步就被清潔干凈。即使污垢部件上較小的裂縫和緊湊的空間也能被清潔干凈，這是因?yàn)槲⑸锟梢跃o密和順暢地與部件相

接觸。

表4.1 傳統(tǒng)溶劑清潔與微生物清潔成本對比

10. 微生物能夠不斷地清潔溶液和水槽，所以，部件總可以處于在干凈的清潔溶液中。

11. 微生物提高了清潔劑的清潔性能。水槽中的生物去污過程，會釋放出更多的表面活性劑，從而，可以清潔和乳化更多的污垢。

12. 微生物已經(jīng)可以被用來成功地清潔從原油到碳?xì)浔∧さ榷喾N污垢。

13. 清潔操作可以低溫進(jìn)行，從而消耗能量很低。

14. 清潔成本低。

15. 系統(tǒng)不需要進(jìn)行停機(jī)保養(yǎng)。

16. 操作系統(tǒng)使用簡單。

17. 廢棄物處理成本低，過濾嘴是僅需要處理的廢物流，而且，廢棄量也很低。

18. 清潔劑為中性、不腐蝕，對皮膚無刺激，不會使皮膚干裂。

6.2 缺點(diǎn)

1. 微生物對滅菌劑敏感，如漂白劑或劇毒農(nóng)藥和鼠藥等能殺活的強(qiáng)效化學(xué)物質(zhì)。

2. 在醫(yī)療和食品加工工業(yè)，多余的微生物會和殘留的細(xì)菌作用，不利于保持衛(wèi)生條件，和其他清潔應(yīng)用中一樣會影響清潔性能。

3. 該過程主要適用于可生物降解的烴類污垢的去除。許多無機(jī)污垢、大顆粒和其他的雜物是無法清潔的。

4. 微生物清潔通常不適用于靈敏元件的高精密度清潔。

5. 對每一種清潔設(shè)備來說，微生物清潔劑的構(gòu)成都是唯一的。

6. 過濾器是主要的廢物流，必須作為有害垃圾進(jìn)行處理。

7. 與溶劑清潔相比，微生物清潔可能需要更多的擦洗工作。

8. 較難清潔重垢和頑固污漬。

9. 保持微生物存活需要正確的操作培訓(xùn)。

10. 工人可能對某些氣味反感。

11. 與傳統(tǒng)溶劑清潔相比，清潔時間可能更長。

7. 應(yīng)用

微生物清潔已經(jīng)成功地應(yīng)用于石油化工廠、化工廠、煉油廠、食品加工廠、海洋駁船、機(jī)械工廠部件清洗機(jī)、卡車清潔、木材加工廠和地下水處理等領(lǐng)域。部件清洗、油脂清洗、藝術(shù)品清洗和結(jié)構(gòu)體清潔、表面清潔和殺菌及家居清潔已有相關(guān)報道。被清潔的污垢類型包括可生物降解油脂、潤滑劑、細(xì)菌污染物和硫酸鹽沉積物。部分清潔應(yīng)用討論如下。

7.1 部件清潔

這是最常見的微生物清潔應(yīng)用，如第5節(jié)所示。幾千個部件清潔設(shè)備安裝在世界各地，比傳統(tǒng)溶劑清潔更加的劃算。大部分情況下，清潔效果與溶劑清潔相當(dāng)或者更優(yōu)。

7.2 油脂去污

工業(yè)生產(chǎn)和活動中經(jīng)常會在混凝土和其他一些地板表面留下油斑，當(dāng)油脂污垢積累到一定厚度不及時去除的時候就會造成安全隱患。如貨車加油站、機(jī)械車間地面、制造基地和其他類似場所。生物清潔可以成功地清除污垢和殘留碎片。圖4.5展示了一個貨車加油站在用2∶1稀釋后的微生物清潔劑水溶液清潔前后的狀況[36]。將溶液噴灑在1670m2的污染區(qū)域，清潔液與污垢作用約4h后，對表面進(jìn)行強(qiáng)力沖洗。清洗結(jié)果顯示了微生物清潔效果非常顯著。

從產(chǎn)品供應(yīng)商的網(wǎng)站還可以看到許多利用微生物和酶清除下水道、生產(chǎn)設(shè)備的除油器、醫(yī)院、飯店、食品加工設(shè)備和其他類似場所的重度油垢的案例[36-43][65-67]。圖4.6顯示，過微生物清潔可以有效地清潔被含油污泥重度污染的水槽。

一種清潔光滑表面的新方法是用蛋白質(zhì)增強(qiáng)表面活性劑替代微生物增強(qiáng)表面活性劑[12]。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是不增加細(xì)菌到本地環(huán)境中，因此，避免了與原有細(xì)菌的共棲。在清潔或擦拭過程中，蛋白質(zhì)增加了廢水中原有細(xì)菌的新陳代謝。

7.3 油田中硫酸鹽還原菌

硫酸鹽還原菌的危害之一就是會產(chǎn)生硫化氫，由于硫化氫存在的毒性[71-73]，會導(dǎo)致對管線、鉆井平臺和其他設(shè)備的腐蝕。針對一些微生物清潔操作提出了要控制油田硫酸鹽還原菌污染物，包括通過增加硝酸鹽減少H2S的產(chǎn)生。具體方法可以參考近期相關(guān)文獻(xiàn)[73]。

7.4 細(xì)菌表征和表面清潔監(jiān)控

大部分細(xì)菌很小，直徑約為1μm，不易從表面去除。利用微生物方法清潔部件或表面，可能會在劃痕、裂縫或其他狹小空間殘留細(xì)菌。補(bǔ)救措施和清潔監(jiān)控對原位可視化和細(xì)菌表征有一定的需求。由于裝備固定和面積較大，這一要求無法直接滿足。最近，一項(xiàng)使用醋酸纖維膠帶的復(fù)制技術(shù)被研制出用于表征電子顯微鏡下不銹鋼表面的食源性細(xì)菌[74]。復(fù)制品的顯微圖片上細(xì)菌清晰可

見，如圖4.7。文獻(xiàn)[75]中對表面清潔程度的表征和測量方法進(jìn)行了描述。

圖4.5 Photos of a truck fueling bay before (a) and after (b) microbial cleaning[36].

圖4.6 A cleaning tank (a) after drainage but before cleaning, and (b) after microbial treatment[34].

7.5 生物去汞

像汞等重金屬不能被天然的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成為無毒物質(zhì)，之前嘗試過制造基因工程菌來進(jìn)行重金屬修復(fù)，但是沒有成功[76-78]。在近期的一項(xiàng)研究中，一個轉(zhuǎn)基因體系被研究用于汞修復(fù)[79]。研究中提出的體系強(qiáng)調(diào)了細(xì)菌中的金屬硫蛋白和多磷酸激酶，對汞有抵抗力并能抑制汞積累。這一研究的細(xì)菌體系提供了一種可行的汞去污技術(shù)，可能用于汞污染表面的清潔。

7.6 創(chuàng)傷清潔

一些酶清潔體系被用來進(jìn)行創(chuàng)傷清理[80,81]。清創(chuàng)術(shù)就是通過手術(shù)切除或酶清潔等方法去除已壞死、失活或被污染組織，從而去除傷口雜質(zhì)，促進(jìn)傷口愈合[82]。清潔中通過加壓流體噴射刺入皮膚，來輸送或去除清潔劑；負(fù)壓熱療流體輸送裝置連接創(chuàng)傷部位；連接單個或多個注入和排出管，以便持續(xù)地輸送清潔劑；或者使用超音速氣液技術(shù)噴淋裝置。最為常見的是用植物蛋白酶溶

液進(jìn)行清潔，溶液中含有活化劑和抑制劑等添加劑，用于維持清潔劑中酶的活性[81]。

圖4.7 Inverted image of a cellulose acetate replica of bacteria in a vegetable marinade[74]. The scale bar is 5μm.

7.7 殺菌和清潔

在食品和衛(wèi)生方面，細(xì)菌和病毒感染可能會傳染到全體人員和病人，這一問題受到越來越多人的關(guān)注。傳染擴(kuò)散的原因之一就是因?yàn)楸砻鏆⒕臒o效和不徹底。許多細(xì)菌、病毒和病原體，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌對傳統(tǒng)的清潔劑和殺菌劑具有一定的抵抗力。已經(jīng)研發(fā)出一種新的抗菌清潔劑含有不同的酶（蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纖維素酶或是幾種酶的混合物）、微生物（芽孢桿菌或假單胞菌）和表面活性劑，以水為載體，pH為5.5～13.5時[19]，最小催化活性為95%。該清潔劑對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、腸球菌、糖肽中間體金黃色葡萄球菌等幾種具有抗藥性的菌群非常有效，可用于疫區(qū)的清潔和消毒。還可以用于細(xì)菌、病毒和真菌的殺滅和抑活，從而阻止污垢的傳播。不同的配方可以用于清潔金屬、陶瓷、玻璃、塑料部件、混凝土、瓷磚地板、除油器，以及家居清潔?？梢匀コe碳、油脂、烴類、淀粉、肉及奶制品污垢。

除了表面清潔和消毒，含有季銨鹽和苯并噻唑組分的清潔劑對抑制微生物生長也是至關(guān)重要的[83]。

另一個關(guān)注的重要領(lǐng)域就是隱形眼鏡等眼睛用品是否得到充分地清潔和消毒。文獻(xiàn)中已經(jīng)提出了幾種使用微生物清潔組分的方法來清潔、消毒和保存隱形眼鏡[84,85]。

醫(yī)療機(jī)構(gòu)中，手術(shù)器械的不充分清潔會給病人帶來災(zāi)難性的后果[86]。含有生物蛋白酶成分的洗滌劑對內(nèi)窺鏡等關(guān)鍵性的醫(yī)療器械具有很好的清潔效果。對于血漬和蛋白質(zhì)污垢的去除尤為重要。用于殺菌過程的戊二醛和過氧乙酸可以固化殘留的血蛋白。同樣地，清除體液、組織液、殘留有機(jī)物和生物膜對于正確清潔和后續(xù)的高溫殺菌至關(guān)重要。通常，這些洗滌劑配方能在較低溫度下加快清潔周期，通過延長器具使用壽命節(jié)約成本，并能在深度的殺菌和消毒之前，通過深度清潔減少感染風(fēng)險[65]。

7.8 藝術(shù)品清潔

具有歷史和文物價值的紀(jì)念碑、石雕和藝術(shù)品的損壞問題得到越來越多的關(guān)注[21]。暴露在室外環(huán)境下或室內(nèi)溫度和相對濕度等不可控因素的影響下，導(dǎo)致了對藝術(shù)品的侵蝕和磨損，這些損壞主要是不同污染物導(dǎo)致的大氣污染造成的。藝術(shù)品的侵蝕和磨損是一個包含了化學(xué)、物理和生物機(jī)理的復(fù)雜過程。例如，石頭表面出現(xiàn)的黑色鹽殼就是大氣污染物（二氧化硫形成硫酸）、石頭（碳酸鈣和硫酸反應(yīng)生成硫酸鈣）和微生物之間

的化學(xué)和微生物相互作用的結(jié)果，微生物作用后形成草酸鈣沉積在表面?；覊m和污垢與硫酸鈣、草酸鈣結(jié)合，最終在表面形成黑色的污垢層。已有一些技術(shù)被提出用來清潔和修復(fù)石砌建筑物、壁畫、大理石表面和其他物品，文獻(xiàn)[87-97]顯示微生物在清潔藝術(shù)品上的效果是較為成功的。圖4.8展示了意大利比薩紀(jì)念公墓的Stories of the Holy Fathers壁畫經(jīng)過施氏假單胞菌株清潔2h前后的對比[97]。對比顯示，對壁畫的修復(fù)作用是非常顯著的。

考慮到藝術(shù)品表面的精致和脆弱的特性，清潔過程基本都是手工小心操作。盡管生物修復(fù)非常有前景，但是與其他物理、化學(xué)和機(jī)械清潔相比，生物清潔技術(shù)的風(fēng)險還不能完全規(guī)避的[21]。

7.9 家居和公共設(shè)施清潔

微生物清潔產(chǎn)品最主要和廣泛的用途之一就是用作洗滌劑，去除織物上的污垢。其他的家居和公共設(shè)施微生物清潔涉及地板、廚房硬表面、浴室、衣帽間、車庫、碼頭和類似的工具、裝備（超濾膜、熱交換器）等方面，此外，還可用于氣味控制。已經(jīng)有很多酶制劑被作為添加劑或混合成分應(yīng)用于洗滌劑和其他家用及公用設(shè)施清潔領(lǐng)域[44-67,98]。在這些領(lǐng)域，微生物清潔在低溫條件下的清潔效果顯著；減少了表面活性劑等化學(xué)物的使用量；清潔過程溫和，可延長設(shè)備使用壽命；靶向去除不同污垢；安全和健康風(fēng)險更低。

8. 結(jié)論

綜上所述可知，生物清潔在許多領(lǐng)域都可作為傳統(tǒng)溶劑清潔的有效替代。微生物清潔是基于微生物對烴類污垢的親和力，并將污垢分解為無害的二氧化碳、水和可溶脂肪酸原理。操作和處理過程中微生物為非致病和安全的。該過程與傳統(tǒng)溶劑清潔相比，環(huán)境友好，費(fèi)用更低，但是，不適用于高精密度的清潔應(yīng)用。微生物清潔典型的應(yīng)用包括部件清潔；混凝土和其他地板表面，生產(chǎn)工廠除油器和排水裝置，醫(yī)院、餐館、食品生產(chǎn)設(shè)備及其他類似場所的油脂去污；凈化；藝術(shù)品和紀(jì)念碑的清潔；衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的清潔和殺菌；傷口清創(chuàng)；油田硫酸鹽還原菌控制；汞生物去污；家居和公共設(shè)施清潔應(yīng)用。

潘華 編譯自——D e ve l o p m e n t s i n s u r f a c e contamination and cleaning

圖4.8 Effect of biocleaning with Pseudomonas stutzeri bacterial strain on the Stories of the Holy Fathers fresco before (a) and after (b) treatment[97]. A color version of this figure appears in the color plate section.

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更 正

本刊第11期第54頁《有機(jī)硅及其在汽車美容護(hù)理中的運(yùn)用》一文，第二作者應(yīng)為羅綱，因編輯排版錯誤，錯排成了羅剛，特此更正，并向作者及廣大讀者致歉。

《中國洗滌用品工業(yè)》雜志社

二零一五年一月六日