部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究:
部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,聚丙烯酰胺降解細(xì)菌G,能在一定濃度的聚丙烯酰胺溶液中生長(zhǎng)繁殖，具有降解水解聚丙烯酰胺（HPAM) 并降低其溶液黏度的能力。實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變HPAM溶液濃度、ffl和降解菌初始接種量、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間、及連 續(xù)活化次數(shù)等，探究G,菌對(duì)HPAM溶液的降解特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：G,菌連續(xù)活化3次，接種量10%,在濃度 10g. L-IHPAM的溶液中，30°C恒溫振蕩培養(yǎng)10 d可使溶液黏度損失率達(dá)到29 8%。
聚丙烯酰胺（Polyacrylan ide,簡(jiǎn)稱PAM )是一■種線 型的水溶性聚合物，溶于水后形成部分水解聚丙烯酰 胺（HPAM ),是水溶性高分子中應(yīng)用最廣泛的品種之 一，它具有増稠、絮凝和調(diào)節(jié)流體、流變體的作用，在石 油開采、水處理、紡織、造紙、選礦、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域具 有廣泛的應(yīng)用，有“百業(yè)助劑”之稱。
近年來(lái)，我國(guó)東部大多數(shù)油田開發(fā)，尤其是大慶油 田，基本上都己進(jìn)入高含水后期，聚合物驅(qū)油3次采油 技術(shù)(在注入水中加入一定量高分子質(zhì)量的聚丙烯酰 胺）得到廣泛應(yīng)用[1]。部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,這樣就會(huì)在地下水中長(zhǎng)期殘留 大量的無(wú)法降解的PAM。眾所周知，含有PAM的污 水不僅會(huì)改變水的理化性質(zhì)，而且PAM本身對(duì)化學(xué)需 氧量（COD)也有影響，這可能是其解聚而釋放丙烯酰 胺的緣故。聚丙烯酰胺無(wú)毒無(wú)害，但其降解后的單體 丙烯酰胺（AAM )卻會(huì)傷害人和動(dòng)物的周圍神經(jīng)系 統(tǒng)[2]。因此，必須對(duì)含聚驅(qū)采出水進(jìn)行有效的處 理[3]。
常見的處理方法有:化學(xué)降解、熱降解、機(jī)械降解、 生物降解。有文獻(xiàn)報(bào)道，國(guó)外研究者發(fā)現(xiàn)PAM的降解 產(chǎn)物可作為細(xì)菌生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，反過(guò)來(lái)營(yíng)養(yǎng)物 質(zhì)又會(huì)促進(jìn)PAM的降解[4]。本文利用從大港油田分 離篩選得到的一株聚丙烯酰胺降解菌研究了其在 HPAM中的生長(zhǎng)繁殖情況，以及對(duì)HPAM溶液黏度的 影響。
材料與方法 1.1主要儀器
PHSMA型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有 限公司；RVDV-m+型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，美國(guó)布氏工程實(shí)驗(yàn)
室。
1.2菌種和主要試劑
菌種:聚丙烯酰胺降解菌G,，天津市工業(yè)微生物 研究所保藏菌種。
聚丙烯酰胺，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。
1. 3 G1培養(yǎng)基的組成及配制
G,活化培養(yǎng)基:聚丙烯酰胺0 3 g尿素2 7 g蛋 白胨 1 8 g KH2PO4 0. 15 g NaClO 15 gMgS〇4〇 15 g蒸饋水300mL; pH自然，121 °C高壓滅菌30miit Gi降解培養(yǎng)基：部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,聚丙烯酰胺0 3g尿素9g蛋白 胨 6g KH2PO4 0 5 g NaClQ 5 gMgS〇40 5 g 蒸餾水
1000 ml。
Gi降解培養(yǎng)基的配制：將聚丙烯酰胺溶于500 mL蒸餾水中（溶解時(shí)不能加熱),靜止脫氣24 h將培 養(yǎng)基其他成分另溶于500 mL蒸餾水中，靜止脫氣24 h混勻，pH自然，保存?zhèn)溆谩?/div>
1. 4菌種的活化
按10%接種量將原菌液轉(zhuǎn)入300 mL活化培養(yǎng)基 中，30 °C恒溫振蕩培養(yǎng)24 h按同樣的接種量連續(xù)活 化多次，直到培養(yǎng)基變混濁為止，以此菌液作為降解試 驗(yàn)的菌株。
1. 5降解試驗(yàn)
將經(jīng)活化得到的降解試驗(yàn)菌株接種到G1降解培 養(yǎng)基中，作為降解試驗(yàn)。同時(shí)作不接種的空白試驗(yàn)。 降解試驗(yàn)的結(jié)果是去除空白試驗(yàn)的凈結(jié)果。
1. 6分析方法
本實(shí)驗(yàn)所用黏度的測(cè)定及表示，最大可能菌量的 確定均與文獻(xiàn)[4]相同。
2結(jié)果與討論
21 HPAM對(duì)Gi菌生長(zhǎng)的影響
2 1 1 HPAM濃度對(duì)G1菌生長(zhǎng)的影響
按5%接種量將G1菌轉(zhuǎn)入到不同濃度的HPAM溶 液中，30C恒溫振蕩培養(yǎng)48 h菌量測(cè)定結(jié)果見表1。
由表1可以看出，在濃度小于12g* L-1的HPAM 中G1菌生長(zhǎng)較好，在濃度小于20 g* L-1的HPAM中 都能生長(zhǎng)。由微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)關(guān)于底物濃度與微生 物比生長(zhǎng)速度的關(guān)系可知，底物濃度過(guò)高或過(guò)低，都有 可能抑制微生物的生長(zhǎng)[5_7]。
2 1 2 HPAM溶液pH對(duì)G1菌生長(zhǎng)的影響
用HCl和Na2C〇3溶液分別將濃度10g* L-1的 HPAM 溶液 pH 調(diào)節(jié)為 7. 0、8. 0、9 0、10 0、11 0
12 a 13 0滅菌后按5%接種量接入G1菌，30 °C恒溫 振蕩培養(yǎng)48 h后，調(diào)回pH至7 8菌量測(cè)定結(jié)果見表 2。
表2HPAM溶液pH對(duì)G1菌生長(zhǎng)的影響
pH7 0 8. 0 9. 01ft 0 110 12 0 13 0
菌數(shù)/mL-1< 107 < 108 < 108< 105 < 103 < 102 < 102
注：初始菌體濃度103/mL
由表2可以看出，G1菌在pH<11 0時(shí)都能生長(zhǎng)， 在7. 0<pH <9 0時(shí)生長(zhǎng)較好，pH 12 0、13 0菌體量 減少，說(shuō)明堿性過(guò)強(qiáng)對(duì)G1菌菌體生長(zhǎng)繁殖有抑制作 用，所以，在降解試驗(yàn)中將pH控制在7 0~ 9 2 2 Gi菌培養(yǎng)條件對(duì)HPAM溶液黏度的影響 2 2 1 G1菌接種量對(duì)HPAM溶液黏度的影響
只改變接種量，將活化1次的G1菌轉(zhuǎn)入到濃度為 10 g. L-1的HPAM溶液中，部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,30 °C恒溫振蕩培養(yǎng)8 d后 測(cè)其黏度，根據(jù)文獻(xiàn)[4]提供的黏度測(cè)定及表示，得到 接種量與HPAM溶液黏度損失率的關(guān)系，如圖1所 示。
由圖1可知，G1菌接種量對(duì)HPAM溶液降解有較 大影響。接種量在3% ~ 10%，HPAM溶液黏度損失 率隨接種量増加而増大，而接種量大于10%，HPAM 溶液黏度損失率并沒(méi)有明顯的増大。這可能是由于接 種量的増加造成生長(zhǎng)空間及營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，使細(xì)菌的 生長(zhǎng)繁殖受到限制所致[8]。
2 2 2 G1菌培養(yǎng)溫度對(duì)HPAM溶液黏度的影響 只改變培養(yǎng)溫度，按接種量10%將活化1次的G1 菌轉(zhuǎn)入到10 g* L-1 HPAM溶液中，恒溫振蕩培養(yǎng)8 d 后測(cè)定其黏度，得到培養(yǎng)溫度與HPAM溶液黏度損失 率的關(guān)系，如圖2所示。
由圖3可知，在接入G1菌的開始2d HPAM溶液 黏度幾乎沒(méi)有變化，這可能是由于微生物在大量生長(zhǎng) 繁殖之前，需要經(jīng)歷一段適應(yīng)期，但從第4天至第10 天溶液黏度損失率明顯増大，此后黏度損失率趨于平 穩(wěn)，最后稍有下降，這可能是G1菌代謝產(chǎn)物所致。
2 2 4 G1菌在HPAM中的連續(xù)活化次數(shù)對(duì)HPAM 溶液黏度的影響
按10%接種量，將不同連續(xù)活化次數(shù)的G1菌轉(zhuǎn) 入到10 g* L-1的HPAM溶液中，30 °C恒溫振蕩培養(yǎng) 10 d后，測(cè)溶液黏度，得到溶液黏度損失率與連續(xù)活 化次數(shù)的關(guān)系，如圖4所示。
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連續(xù)活化次數(shù)/次 圖4連續(xù)活化次數(shù)對(duì)HPAM溶液黏度的影響
由圖2可知，培養(yǎng)溫度變化對(duì)HPAM溶液的降解 影響不大。部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,溫度小于30 °C時(shí)，HPAM溶液黏度損失率 隨培養(yǎng)溫度増高而増大，大于30 °C時(shí)，HPAM溶液黏 度損失率隨培養(yǎng)溫度増高變化不明顯。從節(jié)約能耗的 角度考慮，降解溫度選擇30 °C為宜。
2 2 3 G1菌培養(yǎng)時(shí)間對(duì)HPAM溶液黏度的影響 按10%接種量將活化1次的G1菌轉(zhuǎn)入到10 g* L-1的HPAM溶液中，30 °C恒溫振蕩培養(yǎng)，測(cè)定溶液黏 度隨時(shí)間的變化，得到培養(yǎng)時(shí)間與溶液黏度損失率的 關(guān)系，如圖3所示。
由圖4可知，G,菌連續(xù)活化次數(shù)對(duì)HPAM溶液黏 度損失率影響較大。連續(xù)活化次數(shù)少于3次時(shí)，溶液 黏度損失率隨G,菌連續(xù)活化次數(shù)的増多而増大，但多 于3次時(shí)，溶液黏度損失率變化不明顯。這是因?yàn)榧?xì) 菌和聚合物接觸后并不立即進(jìn)行分解反應(yīng)，而是要經(jīng) 過(guò)一段時(shí)間的接觸誘導(dǎo)，然后再與這種聚合物接觸，就 會(huì)大大縮短誘導(dǎo)時(shí)間，使細(xì)菌獲得新的分解能力或大 大提高分解能力[6]。
3結(jié)論
HPAM溶液黏度損失率與HPAM溶液濃度、jH 值和G,菌初始接種量、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間及菌種連 續(xù)活化次數(shù)有關(guān)，其中初始接種量、培養(yǎng)時(shí)間及連續(xù)活 化次數(shù)對(duì)其影響較大。部分水解聚丙烯酰胺生物降解的初步研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：G,菌連續(xù)活化 3次，接種量10%，轉(zhuǎn)入10 g. L-1 HPAM溶液中，30 °C恒溫振蕩培養(yǎng)10 d可使HPAM溶液黏度損失率達(dá) 到 29 8%。
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