一、ODS清洗劑替代品的發(fā)展趨勢(shì)

在清洗行業(yè)，理想的ODS替代品品種應(yīng)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(duì)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(guó)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?xì)浠衔锏?。在?guó)內(nèi)已向市場(chǎng)批量供應(yīng)的替代品有HCFC-141b>HCFC-123及nPB，正研究開發(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?xì)浠衔锸遣缓然蜾宓幕衔?，其ODP為零，是長(zhǎng)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(dāng)前已上市的這類替代品主要有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(wěn)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(duì)原系統(tǒng)作一些修改或調(diào)整。研究發(fā)現(xiàn)HCFC-141b的成本和CFC-113相當(dāng)，可替代CFC-113應(yīng)用于絕大多數(shù)清洗，HCFC-141b及其混合物在航天航空、電力電子、通信、醫(yī)療、印刷等領(lǐng)域有廣泛的用途，可用來(lái)清洗印刷線路板、磁頭、繼電器、計(jì)算機(jī)控制的車床、織布機(jī)、電梯控制器、馬達(dá)線圈、各種通信、醫(yī)療設(shè)備、復(fù)印機(jī)、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(hù)臭氧層。發(fā)達(dá)國(guó)家在2003年禁用HCFC-141b，發(fā)展中國(guó)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)類似于HCFC-141b，它的匹配性優(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(duì)原CFC-113清洗設(shè)備基本上不需改造。HCFC-123應(yīng)用于清洗行業(yè)的最大問題是其毒性。HCFC-123的允許暴露上限（PEL）為50ppm。在敞開系統(tǒng)，HCFC-123的應(yīng)用將受到一定限制。

nPB（正溴丙烷）具有類似于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(tǒng)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(wěn)定，會(huì)分解，此外，其還有一定的毒性。

2.長(zhǎng)期替代品HFCs

HFCs是僅含碳、氟、氫三種元素的低級(jí)脂肪桂。當(dāng)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(yīng)，因此不會(huì)形成光化學(xué)煙霧污染；它的揮發(fā)性較強(qiáng)，因此不會(huì)對(duì)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(duì)于目前使用或曾經(jīng)使用CFC-113作為清洗劑的應(yīng)用領(lǐng)域（電子、航空、光盤驅(qū)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(tǒng)內(nèi)。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(guó)國(guó)家環(huán)保局在重要新替代物方案（SNAP）中批準(zhǔn)為ODS的替代物，還被列為非揮發(fā)性有機(jī)物（非VOC）。

由于HFC-4310mee和HFE產(chǎn)品的價(jià)格昂貴，中小企業(yè)難以接受這類替代品，所以又開發(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)類似于HCFC-141b，匹配性優(yōu)于HCFC-141boHFC-245fa和醇類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)清洗印刷線路板、磁頭、繼電器、各種通信醫(yī)療設(shè)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(duì)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(shè)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)類似于HCFC-141b，其匹配性優(yōu)于HCFC-141boHFC-365mfc和醇類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(shù)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(dāng)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(zhǎng)遠(yuǎn)看，HFC-245fa和HFC-365mfc應(yīng)是較好的清洗劑替代品品種。

二、清洗技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.清洗自動(dòng)化

隨著低成本自動(dòng)化的發(fā)展，以及生產(chǎn)率越來(lái)越高的趨勢(shì)，對(duì)低運(yùn)行成本的清洗系統(tǒng)有不斷的需求。其他方面，現(xiàn)代清洗系統(tǒng)關(guān)注的主要問題就是環(huán)境。

通常，清洗過(guò)程需要大量的勞力，以提高清洗系統(tǒng)工作效率。不過(guò)現(xiàn)在逐步開發(fā)出了半自動(dòng)和自動(dòng)化清洗技術(shù)。國(guó)外已經(jīng)有許多自動(dòng)化清洗應(yīng)用實(shí)例?？傊逑醋詣?dòng)化是清洗技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。如德國(guó)Tuchenhagen公司就開發(fā)出了優(yōu)秀的自動(dòng)化清洗系統(tǒng)，將清洗工序與最先進(jìn)的可編成邏輯控制器、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)軟件結(jié)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(guó)家都有分公司。

機(jī)器人清洗就是清洗自動(dòng)化的一個(gè)重要表現(xiàn)。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)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(shè)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(zhàn)。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(hù)等等。傳統(tǒng)的技術(shù)已無(wú)法很好地解決這些新問題。特種機(jī)器人的出現(xiàn)，為解決危險(xiǎn)或極限作業(yè)問題提供了新的途徑。

（1）高空擦窗和壁面清洗機(jī)器人

從20世紀(jì)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題。如果采用傳統(tǒng)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(jī)懸掛載人吊籃）擦拭方式后，雖然相對(duì)較為安全，但前期設(shè)備投資較大，清洗成本高。特別是目前一些國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)通過(guò)立法對(duì)包括擦窗作業(yè)在內(nèi)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(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。

圖9-17是北京西客站的一臺(tái)玻璃頂棚（約3000m2）清洗機(jī)器人。

該機(jī)器人由機(jī)器人本體和地面支援小車兩部分組成。機(jī)器人本體重約25kg，沿著玻璃壁面爬行并完成擦洗動(dòng)作。它可以根據(jù)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。地面支援小車屬于配套設(shè)備，在機(jī)器人工作時(shí)，負(fù)責(zé)為機(jī)器人供電、供氣、供水及回收污水，它與機(jī)器人之間通過(guò)管路連接。

該機(jī)器人利用安裝在曲面玻璃間的金屬導(dǎo)軌作為行進(jìn)軌道，通過(guò)''自攀爬”運(yùn)動(dòng)，解決了機(jī)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(jī)器人本體將不拖帶鋼絲繩及其他任何管纜，完全獨(dú)立自主地進(jìn)行攀爬和作業(yè)。機(jī)器人本體上安裝有攝像頭，起到監(jiān)控作用，當(dāng)有必要干預(yù)時(shí)，地面操作員可通過(guò)無(wú)線遙控方式對(duì)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(zhí)行清洗任務(wù)時(shí)，還要考慮周圍復(fù)雜的“地形”，這對(duì)機(jī)器人的智能提出了更高要求。

該機(jī)器人共使用了16個(gè)電機(jī)。當(dāng)機(jī)器人的兩只前爪抓住金屬邊框后，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)讓它的身體上移，使兩只后爪到達(dá)剛才前爪所處的位置，并牢牢抓住邊框如此往復(fù)下去，就構(gòu)成了機(jī)器人的向上攀爬運(yùn)動(dòng)。當(dāng)橫向移動(dòng)時(shí)，機(jī)器人的腹部自動(dòng)落下，滾動(dòng)輪壓緊在導(dǎo)軌上，驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪沿幕墻緯線方向移動(dòng)。機(jī)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始清洗工作。

由于國(guó)內(nèi)目前絕大多數(shù)高層建筑仍采用吊籃加人工完成清洗王作，清洗機(jī)器人無(wú)疑將有十分廣闊的應(yīng)用前景。

清洗機(jī)器人的特點(diǎn)是安全、高效、價(jià)格適中，但由于現(xiàn)代建筑藝術(shù)的個(gè)性化，清洗作業(yè)的自動(dòng)化仍面臨著對(duì)象化的巨大挑戰(zhàn)。從總體上看，各國(guó)在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)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(jī)器人

斜拉橋以其優(yōu)美的外觀及良好的抗震性越來(lái)越得到橋梁設(shè)計(jì)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(guó)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(gòu)件是纜索，因長(zhǎng)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(yán)重的破壞，這會(huì)對(duì)整座斜拉橋帶來(lái)不利的影響。因此，對(duì)纜索的有效維護(hù)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家追求的目標(biāo)。

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(jì)且柔性較大的方法。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(duì)小型斜拉橋使用液壓升降平臺(tái)進(jìn)行纜索涂裝，另一種是利用預(yù)先裝好的塔頂?shù)亩c(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(xiǎn)性大，尤其是在風(fēng)雨天就更加危險(xiǎn)。

纜索機(jī)器人可以較好地解決這一問題。圖9-18為上海交通大學(xué)與上海黃浦江大橋工程建設(shè)處合作研制的一臺(tái)斜拉橋纜索涂裝維護(hù)機(jī)器人。該機(jī)器人系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是機(jī)器人本體，另一部分是地面小車。機(jī)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(jī)器人本體上裝有CCD攝像機(jī)，可隨時(shí)監(jiān)視工作情況。地面小車用于向機(jī)器人本體供應(yīng)水、涂料，同時(shí)監(jiān)控機(jī)器人的高空工作情況。

該機(jī)器人還具有以下功能：（1）纜索檢測(cè)功能：機(jī)器人上裝有鋼絲繩檢測(cè)系統(tǒng)，可沿纜索檢測(cè)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(jī)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(jī)器人

上海交通大學(xué)開發(fā)出一種專門檢測(cè)金屬油罐容積的機(jī)器人，是目前國(guó)內(nèi)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相中，用于替代傳統(tǒng)的人工檢測(cè)。除此之外，它還有望深入煤氣罐、化學(xué)壓力容器等危險(xiǎn)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(jī)器人，主要用于檢查放射性核廢液儲(chǔ)放罐焊縫，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(jī)器人在其他環(huán)境中的應(yīng)用

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

這種機(jī)器人重量只有三四十公斤，是專門用于到水下給出現(xiàn)故障的發(fā)電機(jī)組“治病”的。水電站的水輪發(fā)電機(jī)組在水下運(yùn)轉(zhuǎn)多年，會(huì)出現(xiàn)汽蝕、泥沙磨損等故障，按常規(guī)檢修方法，只能讓機(jī)組停止工作，再?gòu)陌倜咨畹乃碌跎蟻?lái)修理。

由于機(jī)組龐大，僅水輪機(jī)的一個(gè)轉(zhuǎn)輪就重達(dá)幾百噸，整個(gè)拆吊、清洗、維修、安裝、試驗(yàn)過(guò)程一般需3個(gè)月以上。水輪機(jī)修復(fù)機(jī)器人誕生后，機(jī)組再出現(xiàn)故障，只要把機(jī)器人放到水下機(jī)坑里，它就能沿水輪機(jī)葉片進(jìn)行清洗，修復(fù)，工作效率是人工的4倍，整個(gè)修復(fù)過(guò)程至少可減少80天。

水輪機(jī)修復(fù)機(jī)器人的誕生，為水電站帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)介紹，一臺(tái)32萬(wàn)千瓦機(jī)組每天創(chuàng)造效益200萬(wàn)元人民幣，出現(xiàn)故障后，若用機(jī)器人修理，一次可減少損失1.6億元。

（5）剖析清洗機(jī)器人構(gòu)成

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

①清洗機(jī)器人本體：包括機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。移動(dòng)方式有車輪式、履帶式和足腳式（兩足或多足）等。車輪式移動(dòng)速度快、控制靈活，但維持一定的吸附力較困難。履帶式對(duì)壁面的適應(yīng)性強(qiáng)，著地面積大，但不易轉(zhuǎn)彎。足行機(jī)器人移動(dòng)速度慢，適應(yīng)場(chǎng)地能力強(qiáng)。根據(jù)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(jī)器人。由于清洗機(jī)器人需要適應(yīng)不同的清洗環(huán)境，設(shè)計(jì)時(shí)一般需要釆取模塊化設(shè)計(jì)，從而使清洗機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)具有可重構(gòu)、可變形的特性，以滿足不同的應(yīng)用需求。

②清洗裝置子系統(tǒng)：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(cè)擦洗的效果。

③吸附裝置子系統(tǒng)：爬壁機(jī)器人主要有負(fù)壓吸附和磁吸附兩種吸附方式。大樓擦窗機(jī)器人常采用負(fù)壓吸附方式。真空吸附法又分為單吸盤和多吸盤兩種結(jié)構(gòu)形式，它具有不受壁面材料限制的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)壁面凹凸不平時(shí)，容易使吸盤漏氣，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(dǎo)磁材料。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附方式，且對(duì)壁面的凹凸適應(yīng)性強(qiáng)，不存在真空吸附漏氣的問題，因而當(dāng)壁面是導(dǎo)磁材料時(shí)優(yōu)先選用磁吸附爬壁機(jī)器人。

④傳感子系統(tǒng)：用來(lái)檢測(cè)獲取被清洗物體的形狀信息及周圍環(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(tǒng)：控制系統(tǒng)無(wú)疑是清洗機(jī)器人的核心部分，正是在它的指揮、控制和協(xié)調(diào)下，機(jī)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(jī)器人中都裝有微控制器。通過(guò)這個(gè)車載微處理器完成傳感器到視覺融合的環(huán)境檢測(cè)與識(shí)別。運(yùn)動(dòng)控制一般采取局部未知環(huán)境下自主運(yùn)動(dòng)與全局遙控相結(jié)合的總體控制策略。對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置，一般采用數(shù)字位置伺服和高魯棒性的運(yùn)動(dòng)定位，同時(shí)對(duì)于保險(xiǎn)繩要有隨動(dòng)控制，從而控制機(jī)器人安全順利的完成工作。

可以看出，清洗機(jī)器人的研發(fā)涉及機(jī)器人、人工智能、傳感、控制、視覺、環(huán)境識(shí)別、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等諸多知識(shí)，是多學(xué)科交叉綜合的結(jié)果。此外，還涉及構(gòu)成各類機(jī)器人自身服務(wù)功能的各項(xiàng)專有技術(shù)。通過(guò)清洗機(jī)器人的研發(fā)，不但可以提高我國(guó)在該領(lǐng)域的研究水平，也可使我國(guó)的清洗行業(yè)的實(shí)力更上一層樓。

⑥清洗機(jī)器人應(yīng)用前景

據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已建造了數(shù)百萬(wàn)平方米的大型玻璃幕墻。按規(guī)定五星級(jí)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(jí)飯店20余家、四星級(jí)飯店24家、三星級(jí)飯店126家、二星級(jí)168家。行業(yè)規(guī)定，五星級(jí)、四星級(jí)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(jié)假日都需清洗，每次清潔費(fèi)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(fèi)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(guó)建筑行業(yè)發(fā)展的兩大發(fā)動(dòng)機(jī)。但是我們也應(yīng)該看到，由于清洗機(jī)器人需要在不同的工作環(huán)境中進(jìn)行工作，要滿足諸多用戶的不同需求，就目前階段而言，高樓清洗機(jī)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(tǒng)方式的退出和人們對(duì)新事物的接受、認(rèn)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?yàn)樗谌藗儗?duì)活生物體的了解和應(yīng)用這些知識(shí)到工業(yè)中的能力。

在生物工程應(yīng)用方面，英國(guó)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(yīng)用實(shí)例包括：

*減少使用溶劑粘合劑的工廠的VOC排放：讓空氣流穿過(guò)生物處理設(shè)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(tǒng)能夠消化這些油類，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?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)清洗去除殘留粘合劑。

*清洗重型貨車時(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(yán)重的環(huán)境問題，同時(shí)還不會(huì)影響車輛的油漆。

*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(wèi)生間和建筑物維護(hù)應(yīng)用中，生物工程清洗器也被用來(lái)替代傳統(tǒng)的溶劑、酸或堿清洗器。

*有些使用強(qiáng)勁流體來(lái)冷卻和潤(rùn)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(yīng)器，油類可以被消化。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，生物工程在工業(yè)中應(yīng)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(yīng)用，但是該技術(shù)仍未得到許多制造公司的廣泛認(rèn)可。隨著環(huán)境立法的日益嚴(yán)格，毫無(wú)疑問，人們將會(huì)意識(shí)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(yīng)用。

（1）生物降解技術(shù)

用微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，是被廣泛應(yīng)用在水污染和一些陸地場(chǎng)所污染處理的一項(xiàng)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(rèn)識(shí)。本節(jié)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(yīng)用、微生物的安全性、整個(gè)清洗系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)以及在實(shí)際應(yīng)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(xì)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(jī)物（碳?xì)浠衔铮┮垣@得營(yíng)養(yǎng)和能量。最早使用此項(xiàng)技術(shù)是在紐約的“情人運(yùn)河（LoveCanal）”，當(dāng)時(shí)使用了某種細(xì)菌對(duì)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)滿足微生物的生長(zhǎng)條件，并增加微生物數(shù)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(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。在無(wú)氧環(huán)境下，沒有氧氣支持生物的活性，所以微生物必須打破有機(jī)污染物的化學(xué)鏈以釋放他們所需要的能量。

生物降解應(yīng)用系統(tǒng)可以分為兩個(gè)主要的類別：就地處理系統(tǒng)以及異地處理系統(tǒng)。就地處理系統(tǒng)是在發(fā)現(xiàn)污染物的地方就地進(jìn)行生物降解處理。異地處理系統(tǒng)則需要將污染物轉(zhuǎn)移到能夠處理的地方再對(duì)其進(jìn)行降解處理。

隨著微生物在環(huán)境處理應(yīng)用中的普及，許多清洗系統(tǒng)都得到了改進(jìn)：在制藥工業(yè)中，細(xì)菌是抗生素以及某些抗癌藥的原料。經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)細(xì)菌還可以延長(zhǎng)食品的保存期。對(duì)于需要發(fā)酵的食品，諸如酸奶、酸乳酪、白脫牛奶等，細(xì)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(xì)菌還成功地被應(yīng)用到了餐館的隔油器和零部件清洗系統(tǒng)中用來(lái)降解類似油脂、原油、脂肪以及其他的碳?xì)浠衔铩?/span>

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

（2）生物降解在零部件清洗系統(tǒng)中的應(yīng)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(tǒng)的工作步驟是從表面活性劑/脫脂劑將碳?xì)浠衔廴疚飶牧悴考戏蛛x下來(lái)開始的，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?xì)浠衔锏奈⑸镝尫懦鰜?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分子之間的分子鍵，釋放出碳，這些碳正是微生物的營(yíng)養(yǎng)源。換句話說(shuō)，這些有機(jī)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(jī)的底部（生物反應(yīng)器）被循環(huán)抽上來(lái)。清洗工作得以持續(xù)進(jìn)行。

高效的微生物清洗系統(tǒng)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(dān)心微生物的貯存以及生存問題。過(guò)濾墊每隔30天至少需要更換一次，這可以達(dá)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(zé)任問題：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(jī)中的微生物應(yīng)當(dāng)是“美國(guó)微生物學(xué)協(xié)會(huì)”規(guī)定的1類有機(jī)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(duì)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(jī)中使用的微生物也遵從"美國(guó)環(huán)?？偸?0CFR700標(biāo)準(zhǔn)”，可為使用者們所接受。生物降解技術(shù)中的微生物中沒有涉及遺傳學(xué)的操作，這是因?yàn)檫@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(tǒng)中，因此滿足美國(guó)“有害物質(zhì)控制法案（TSCA〉”關(guān)于“原生”的定義。

傳統(tǒng)的零部件清洗機(jī)的工作原理是將碳?xì)浠衔廴疚锶芙獾角逑匆豪锶?，所以，隨著清洗過(guò)程的繼續(xù)，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(tǒng)可以保持清洗液的清潔和清洗系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。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(jì)。另外，盡管生物降解的過(guò)程需要一定的時(shí)間，但是那些沒有被及時(shí)分解掉的乳化的油類不會(huì)再沉積在零部件上，因此，乳化的油類不會(huì)再重新附著在金屬表面。

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

（4）微生物清洗系統(tǒng)的安全性

當(dāng)微生物零部件清洗機(jī)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(duì)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(dāng)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(yī)院里外科器具消毒一樣。

有些人認(rèn)為，如果零部件清洗之后不用水沖洗的話，微生物會(huì)進(jìn)入潤(rùn)滑劑并且分解潤(rùn)滑劑，從而使整臺(tái)機(jī)器報(bào)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(tǒng)里生存，在潤(rùn)滑劑或原油當(dāng)中不會(huì)存活很長(zhǎng)時(shí)間，而且一臺(tái)運(yùn)行的引擎或機(jī)器的溫度足以殺死任何從零部件清洗機(jī)進(jìn)入機(jī)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(jié)核或者艾滋病毒）的人使用了機(jī)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(tǒng)的生存環(huán)境于“親碳?xì)浠衔铩钡奈⑸?，?duì)于有結(jié)合桿菌TB、艾滋病毒等絕大多數(shù)分支桿菌是無(wú)法生存的。

一些科學(xué)的測(cè)試已經(jīng)證實(shí)了微生物零部件清洗系統(tǒng)的效力。這些測(cè)試包括：最終結(jié)果分析、使原油和油脂完全可再生（美國(guó)環(huán)保署，測(cè)試方法413.2），這些測(cè)試方法可以將殘留的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行量化，以獲得更為具體的微生物降解效率。數(shù)據(jù)表明微生物對(duì)于諸如燃油和其他石油碳?xì)浠衔锏慕到饴士梢赃_(dá)到15mg/L/h，有機(jī)溶劑可以完全降解，數(shù)據(jù)還表明90%的機(jī)油可以在3d內(nèi)降解掉。生物降解是一種自然的過(guò)程，最近開始被拓展應(yīng)用到經(jīng)過(guò)特殊設(shè)備的零部件清洗機(jī)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(xiàng)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(jì)的清洗系統(tǒng)中，從而顯著地降低了空氣污染，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(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。

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

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

（5）應(yīng)用案例

ChemFree公司的微生物清洗系統(tǒng)SmartWasher通常在各種公司中用來(lái)清洗機(jī)動(dòng)車維修操作中的零部件。應(yīng)用領(lǐng)域涉及：

發(fā)電設(shè)備，制藥器械，造紙、印刷系統(tǒng)，潛艇，航空器械，瓶子和包裝業(yè)，交通運(yùn)輸系統(tǒng)，農(nóng)具，礦業(yè)設(shè)備，食品器械和動(dòng)物園等。

下面以洛克希德?馬丁航空系統(tǒng)應(yīng)用該清洗系統(tǒng)情況為例，介紹微生物清洗系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)用水基零部件清洗劑替換了傳統(tǒng)的化學(xué)溶劑清洗劑。該替代案例既消除了安全方面的問題，又節(jié)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(shè)備維護(hù)車間過(guò)去使用各種各樣有毒的傳統(tǒng)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(jī)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(dá)到一定清潔度的前提下，盡量減少員工與危險(xiǎn)物質(zhì)的暴露接觸，減少清洗劑燃燒起火的危險(xiǎn)和定期向有關(guān)部門進(jìn)行匯報(bào)的次數(shù)，以及其他與有害物質(zhì)相關(guān)的隱患。

轉(zhuǎn)交過(guò)程：公司一共有23個(gè)維修區(qū)，每年為了清洗零部件一共要消耗4267.9L的傳統(tǒng)清洗劑。經(jīng)過(guò)一番尋覓和試驗(yàn)之后，公司發(fā)現(xiàn)可以用一種無(wú)毒的水基清洗劑替代傳統(tǒng)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(zhuǎn)化為無(wú)毒的物質(zhì)。這個(gè)過(guò)程保持了系統(tǒng)中液體的清潔，而且不再有廢棄物的處理和排放的問題。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(gòu)買了23套清洗設(shè)備。

結(jié)果：目前已經(jīng)得出評(píng)估結(jié)論，SmartWasher設(shè)備每年可以為公司節(jié)省$61678；兩個(gè)半月之后就能看到投資回報(bào)。以下是P2AD的成本節(jié)約評(píng)估計(jì)算：

a.23臺(tái)新零部件清洗機(jī)成本支出=$28375

b.成本回避=$15000

c.使用老清洗劑費(fèi)用=$84376/a

d.使用新清洗劑費(fèi)用=$20023/a

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

=13375/$64353/a=0.2078a×12月/a=2.49月

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

b.第二年節(jié)約=（$84376-$20023）=$64353

c.5年總計(jì)節(jié)約=$308390

d.平均每年節(jié)約=$61678/a