作為一類重要的水溶性高分子聚合物，聚丙烯 醜胺廣泛應用于油田聚合物驅等三次采油技術中. 隨著聚合物溶液的注人，采出水因為含有聚合物而 黏度較高，水中的油滴及固體懸浮物的乳化穩定性 強，進而導致油、水分離和含油污水處理的難度加 大.目前，隨著聚合物驅三次采油技術的逐步推廣， 聚丙烯酰胺的應用范圍和規模正呈現快速增長趨 勢，同時其在環境中的累積、遷移、轉化帶來的毒性 亦將逐漸顯露出來，并將給生態環境帶來不可估量 的長期危害.含聚丙烯酰胺污水的處理研究已經迫 在眉睫，這其中最核心的問題便是聚丙烯酰胺的降 解[1-2].所以篩選聚丙烯酰胺降解菌種的工作顯得 尤為重要.
目前國內外對聚丙烯酰胺降解的研究主要從以 下幾個方面展開:熱降解、光降解、化學降解、生物降 解、機械降解>7].而生物降解處理方法具有無污 染、成本低等優點，從而成為研究者重點研究的內 容.在國外，Jeanine L. Kay-Shoemake等[8_9]在以聚 丙稀酸胺作為土壤微生物生長基質的實驗中發現： 聚丙烯酰胺只能作為惟一的氮源被微生物所利用， 但是卻不能作為碳源被降解.在國內，黃峰等[1()]研 究了硫酸鹽還原菌對聚丙烯酰胺的降解.研究結果 表明，硫酸鹽還原菌不僅能以聚丙烯酰胺為碳源生 長繁殖，而且還能使聚丙烯酰胺降解導致其溶液黏 度損失.
本文從含聚丙烯酰胺的廢水中初步篩選到一株 以聚丙稀酰胺為碳源的降解菌，并對其生長以及不 同環境要素條件下對聚丙稀酰胺的降解情況進行了 考察，實驗結果將對含聚油田污水的生化處理奠定 理論基礎和技術支撐.
1實驗部分
1.1菌種來源
菌種來自勝利油田勝垃采出水.
1.2主要儀器及設備
Cary 50 Bio紫外可見分光光度計、恒溫搖床、 生化培養箱、顯微鏡、恒溫箱、高壓滅菌鍋、pH計. 1.3培養基
選擇性液體培養基的組成(g/L):聚丙烯酰胺 〇. 5;酵母浸粉 0. 02; NaNC^ 0. 2; K2HP04 0. 5; KH2P04 0.5; MgSQ4.7H20 0.025; NaCl 0• 5.微量 元素液21^幾^^1值7.2.
選擇性固體培養基:向上述培養基中加入15~ 20 g/L的瓊脂粉，制成平板.
富集培養基的組成(g/L):牛肉浸裔3.0,蛋白 胨 10.0，NaC15.
2實驗內容與方法
2.1菌種的篩選及鑒定
取3 mL的勝垃采出水接種到裝有選擇性液體 培養基的錐形瓶中，放入溫度為37 *C、轉速為120 r/min的恒溫培養箱中培養數天，然后稀釋涂在平 板上，并在37 1C的生化培養箱中培養.
選擇生長良好的菌株作為實驗菌株，擴大培養 和馴化,然后借助形態學觀察和生理生化實驗進行 鑒定.
2.2聚丙烯酰胺質置濃度的測定
由于油田采出水中成分相當復雜，礦化度和無 機離子含量較髙，膠束驅、堿摩面活性劑康合物驅 采出液為乳狀液或溶有原油而帶較深的顏色，高溫、 高pH值條件下聚丙烯酰胺水解度明顯增大，這些 因素將嚴重影響聚丙烯酰胺質量濃度的準確分析. 由于淀粉-碘化鎘法[11]的干擾因素少，精確度高，所 以在油田屮有著廣泛的應用.其原理為：（1)用Br2 水將酰胺基溴化為N-溴代酰胺;（2)過量的Br2用 甲酸鈉除去;(3)聚丙烯醜胺的溴代物水解產生次溴 酸;(4)次溴酸定量地與碘化鎘中廠反應生成13-；
(2)If與淀粉作用呈藍色，用分光光度法測定其吸 光度.
繪制質量濃度一吸光度標準曲線，以此確定溶 液中聚丙烯酰胺的質量濃度.
2.3菌種性能評價
用過濾后的勝坨采出水配置聚丙烯酰胺溶液， 并高壓滅菌，取此作為實驗空白液.接種一定量的已 經馴化的菌液作為實驗菌液.
將實驗菌液置人恒溫搖床中進行培養.在培養 過程中觀察細菌的生長情況;定期用pH計測定菌 液pH的變化；采用淀粉一碘化鎘方法測定聚丙烯 醜胺的質量濃度.生物降解率)的表達式為 V = (p〇~ Pi^po x 100%- 式中:P0表示降解前聚丙烯酰胺的質量濃度， mg/L;(〇1表示降解后聚丙烯酰胺的質量濃度， mg/L.
實驗中，由于搖庫的剪切作用對聚丙烯酰胺的 降解所產生的影響不能忽略,所以計算生物降解率 時必須扣除空白溶液中聚丙烯酰胺含量的變化.
3實驗結果及討論
3.1篩選結果
初步篩選到一株以聚丙烯酰胺為碳源的降解菌 種，并命名為PM-1.通過生理生化特征鑒定，并參 考《伯杰細菌鑒定手冊》[12]，初步確定PM-1菌為芽 孢桿菌屬.
3.2細菌的生長及pH值的變化
有研究表明[13]，微生物分解聚合物的過程一般 是:首先，微生物在菌體外分泌出聚合物的分解酶， 分解酶再將高分子鏈分解成低分子鏈或使其側基脫 落.酶和聚合物的接觸有兩種方式，酶對髙分子鏈的 攻擊更普遍在鏈端進行，而其鏈端又經常埋藏于聚 合物基質之中,使與它反應的酶不能或只是極慢地 接近它.
聚丙烯醜胺作為高分子的聚合物在溶液中形態 結構不盡相同[14];且用于石油開采的通常是陰離子 型聚丙烯醜胺，所以細菌需要一定的時間去適應這 種新的環境.因此，對細菌在含聚合物的溶液中有一 段較長的適應期.
細菌的生長曲線表明，細菌在開始的24 h內幾 乎沒有變化，但24 h之后細菌量開始迅速增加，說 明細菌基本適應了周圍的環境并開始生長.早期
Magdaliniuk S[15]等人曾提出聚丙烯酰胺的不可生 物降解性.同時由細菌生長曲線還可以看出，細菌對 聚丙烯醜胺還是具有一定適應性的,能夠在含聚丙 烯醜胺的溶液中生長.在細菌生長的過程中，pH值 有所降低，一方面聚丙烯釀胺水解產生竣基，另一方 面細菌新陳代謝過程中可能產生酸性物質.初始pH 值為7.5的菌液，最低能降到5.4左右.
3.3溶液中聚丙烯酰胺含量的變化
實驗中聚丙烯酰胺的降解可以看作是生物降解 與機械降解共同作用的結果.由于細菌的生長繁殖 要經過一定的降解誘導過程，所以在最初的24 h內 聚丙烯酰胺含量的小幅降低主要是依靠培養搖床的 剪切作用.因此，這一段時間內聚丙烯醜胺的降解應 該歸屬于機械降解.
處于對數期的細菌，生長繁殖旺盛，新陳代謝速 度加快•，與此同時，細菌不斷分泌出聚丙烯醜胺的分 解酶，促使長鏈大分子的聚丙烯酰胺逐漸被斷裂成 小分子，從而解離出越來越多的可供細菌吸收利用 的小分子物質.由圖2可以看出:從第二天開始，聚 丙烯酰胺含量急劇降低，這充分說明細菌的生物降 解起了至關重要的作用.隨著細菌濃度的升高，細菌 與聚丙烯酰胺的接觸面積不斷增大，從而促進了聚 丙稀醜胺的生物降解.但是細菌并不能完全降解溶 液中的聚丙烯醜胺.從實驗的第十天開始，溶液中聚 丙烯酰胺的濃度開始達到平衡.這和相關文獻[16]指 出細菌不能夠利用全部的聚丙烯酰胺作為碳源相一 致.實驗中初始量為500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液 經過長時間降解之后，聚合物含量最終可以降到 200 mg/L 左右.
圖2聚丙烯酰胺含置隨時間的變化 3.4聚丙媒酷胺降解實驗最隹條件的確定
細菌生長需要適宜的溫度、pH值，太高或太低 的溫度、pH值都會對細菌生長過程中新陳代謝產生 影響.所以確定適宜的生長條件將會有利于細菌的 生長，從而有利于聚丙烯酰胺更好地降解.
3.4.1適宜生長溫度的確定對不同溫度下500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液的降解率進行了測定（同 時作空白實驗)，從而確定了降解實驗的最佳溫度.
由圖3可以看出，細菌對聚丙烯酰胺溶液降解 程度較高的溫度范圍是35 ~40 t：.溫度高于50 X： 對降解實驗會產生極大的影響，溫度高于55 t：，聚 丙烯酰胺的降解率低于5%.
3.4.2不同初始pH值對聚丙烯酰胺降解率的影 響配制500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，分別調pH 值為 4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.5,9.0 (同時作空白實驗)，在其它條件不變的情況下，考査 不同pH值對聚丙烯酰胺的降解情況.結果見圖4.
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PH
圖4初始pH值對降解率的影響
圖4表明，初始pH值的不同對聚丙烯酰胺溶 液中的細菌產生了一定的影響.一般地講，細菌生長 的最適pH值范圍是6.5~7.6,本實驗中篩選到的 聚丙烯酰胺降解菌也不例外，在pH值7.5處降解 聚丙烯酰胺的效果最好.過高或過低的pH值都不 利于聚丙烯醜胺的降解.
3.4.3降解時間對降解率的影響配制500 mg/L 的聚丙烯酰胺溶液，每天測定聚丙烯酰胺的含量，對 照空白計算聚丙烯醜胺的降解率.結果見圖5.
在對含聚丙烯醜胺污水生化處理的過程中涉及 到處理周期的問題.一個完整的處理周期包括進水 期、污水處理期、出水期.所以確定反應的生化反應
圖5降解時間對降解率的彩響
處理時間，對于實際運作過程具有重要的意義.由圖 5可以看出，細菌對聚丙烯酰胺的降解主要是在前5 d內，在之后的時間里，降解率基本穩定.所以本實 驗把第五天作為降解實驗的終止，降解率最高可達 到 38.4%.
4結論及建議
初步篩選到一株以聚丙烯酰胺為碳源的降解菌 種，實驗結果表明經過一段時間的馴化，篩選到的降 解菌種顯示出對聚丙烯酰胺的適應性，并對聚丙烯 酰胺的降解起到一定的作用.在溫度為35 t：、pH值 為7.5的條件下，降解5 d,500 mg/L聚丙烯酰胺溶 液的降解率最高可達到38.4%.聚丙烯酰胺經降解 之后，聚合物發生斷鏈，產生低分子化合物碎片，降 解產物不會對環境產生二次污染.
鑒于油田污水成分的復雜性，各種添加劑會對 微生物的存在造成潛在的毒害作用，單一的菌種可 能無法很好地發揮其應有的功效.通過篩選高性能 的聚丙烯醜胺降解菌，綜合利用其與不同微生物群 落(如腐生菌、硫酸鹽還原菌)之間的共代謝及協同 作用，提高聚合物驅后污水的處理效果，將是下一步 實驗探索的重點.