聚丙烯酰胺（PAM)是一類用途廣泛的線型水 溶性高分子化合物,包括非離子型、陰離子型、陽(yáng) 離子瑠和兩性離子型4種類型。因其易溶于水、可 在水中形成部分水解聚丙烯酰胺（HPAM)而被廣 泛應(yīng)用于水處理及冶金、造紙、石油、化工、紡織、選 礦等領(lǐng)域。
PAM在環(huán)境中最終會(huì)進(jìn)入地表水或地下水， 它不僅會(huì)改變水的物化性質(zhì)，而且對(duì)COD也有貢 獻(xiàn)。PAM本身無(wú)毒，然而降解后的單體丙烯酰胺 卻會(huì)傷害人和動(dòng)物的周圍神經(jīng)系統(tǒng)[3’4]。隨著聚 合物驅(qū)三次采油新技術(shù)的推廣及驅(qū)油難度的增 加，越來(lái)越多的PAM隨采出水排出[5~8]。由于目 前我國(guó)油田廢水處理設(shè)施難以有效去除PAM,油 田生態(tài)環(huán)境急劇惡化。因此，含PAM廢水的處理 已成為減少油田環(huán)境污染壓力亟待解決的重要 問(wèn)題。
處理含PAM廢水的物理化學(xué)法主要包括絮凝 沉淀法[W1、光催化法[11]、高級(jí)氧化法[12]、超聲波 法[13]和電滲析法[14]等。
采用物理化學(xué)法降解大分子PAM,主要機(jī)理有 兩種:一種是通過(guò)自由基氧化分解有機(jī)物，如光催 化氧化法、高級(jí)氧化法；另一種是破壞大分子間的 平衡力，使長(zhǎng)鏈斷裂從而降低其相對(duì)分子質(zhì)量，如 絮凝沉淀法。
徐蘇欣等[1°]對(duì)篩選出的兩種絮凝劑XN-皿和 XN - IV的最佳加入量、沉降時(shí)間、pH和溫度等實(shí)驗(yàn) 條件進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：隨廢水的PH增加， PAM的絮凝效果變差;30 t：、沉降時(shí)間25 min時(shí)可 取得較好的絮凝沉降效果。王嘉麟等[151對(duì)含PAM 廢水進(jìn)行氧化處理，考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、 Fe2+和H202的加人量等因素對(duì)處理效果的影響。 結(jié)果表明，在40 t、pH = 3、Fe2+和H202濃度分別 為3 mmol/L和10 mmol/L時(shí),HPAM的去除率達(dá) 88%以上，COD去除率高達(dá)97%。南玉明等M研 究f Fe2+和S2C^等對(duì)聚合物降解效果的影響。結(jié) 果表明，在45 t條件下，當(dāng)S2C^和Fe2+質(zhì)S濃度 分別為70 mg/L和10 mg/L時(shí),1 h內(nèi)fJj•使質(zhì)量濃 度為200 ~ 2 000 mg/L的含PAM廢水黏度降低 90%以上。
光催化氧化法也被用于含PAM廢水的處理， 該法在常溫、常壓下對(duì)污染物的處理比較徹底。陳 穎等1171以納米二氧化鈦為催化劑，對(duì)三次采油廢水 中的PAM進(jìn)行了光催化氧化可行性研究。研究結(jié) 果表明，在以中壓汞燈為光源的條件下，含PAM廢 水的黏度吋降低90%以h。任廣萌等采用紫外 光-臭氧-過(guò)氧化氫組合工藝，研究PAM的降解 規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH為4、臭氧和過(guò)氧化氫 的加人量分別為230 mg/(L • h)和660 mg/L的條 件下，質(zhì)童濃度為93. 7 mg/L的PAM廢水在反應(yīng) 120 min后,COD去除率可達(dá)90%以上。
此外，有研究將三維電極應(yīng)用于模擬含PAM廢 水的處理,在最佳條件下，該三維電極對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.1%的含PAM廢水的COD去除率達(dá)91.42% ,且 廢水中PAM的質(zhì)圼濃度由最初的1 000 mg/L降至 47 mg/L,黏度降低了 93. 1%119]。然而，在應(yīng)用物 理化學(xué)法處理含PAM廢水的過(guò)程中，通常會(huì)存在 二次污染的問(wèn)題，如：使用卨效絮凝劑雖然是一種 較為經(jīng)濟(jì)、操作簡(jiǎn)便的方法，但通常會(huì)產(chǎn)生大量難 于處理的污泥;利用Fenton試劑等氧化技術(shù)的過(guò)程 中，添加過(guò)硫酸鹽和含鐵鹽,反應(yīng)后硫酸根和鐵離 子殘留在廢水中，不但難于處理，還會(huì)對(duì)管道造成 腐蝕;物理化學(xué)法使得高分子PAM的相對(duì)分子質(zhì) 量降低，處理過(guò)程中易產(chǎn)生丙烯酰胺單體，造成對(duì) 環(huán)境的二次污染。
由于PAM為人工合成水溶性高分子聚合物， 多數(shù)研究結(jié)果農(nóng)明，高相對(duì)分子質(zhì)最PAM難于被 微生物利用和降解％1。早期研究也表明細(xì)菌能以 PAM作為惟一氮源，但不能作為惟一的營(yíng)養(yǎng) 源121’2~。近年來(lái)，隨著研究的不斷深入及微生物分 離培養(yǎng)技術(shù)的日漸成熟，越來(lái)越多的研究結(jié)果表 明，自然界中的菌種經(jīng)過(guò)馴化也能以PAM為營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)，并且菌種不惟一。
研究證明，多數(shù)情況下PAM以氮源的形式被 微生物分解。細(xì)菌體內(nèi)的脫氨酶在還原性酶的輔 助作用下，t先斷開(kāi)HPAM屮的C一N鍵，解離出 NH2'而NH丨原來(lái)的位置被OH_取代，生成 一COOH;同時(shí)，在02的參與下，單加氧酶首先氧化 碳鏈的末端甲基成醇，進(jìn)而氧化成醛，最后氧化成 羧酸。所形成的羧酸分子通常存在《 -氧化和J0- 氧化兩種形式-氧化和盧-氧化的作用位點(diǎn)示意 見(jiàn)圖1。如果a-碳原子上帶有1個(gè)甲基，此時(shí)谷- 氧化會(huì)產(chǎn)生丙酰輔酶A，而不是乙酰輔酶A;如果蘆 -碳原子上有其他取代基團(tuán)或在同一碳原子上帶 有2個(gè)甲基或在碳鏈末端碳原子上有3個(gè)取代基 團(tuán)，這類分子結(jié)構(gòu)的竣酸就具有抗-氧化作用。 在微生物中普遍存在ct-氧化，因此避免了碳原 子上存在取代基而無(wú)法被微生物分解的情況[23]。 經(jīng)過(guò)一系列有各種微牛物酶參與的氧化反應(yīng)，艮鏈 的HPAM被斷裂成短鏈、可被微牛物利用的小分子 有機(jī)物。這些有機(jī)物和解離出來(lái)的NH2_為微牛物 提供了新陳代謝所需的碳源和氮源，可用于合成蛋 白質(zhì)和其他有機(jī)物質(zhì)。通過(guò)以上途徑，微生物降解 PAM不會(huì)產(chǎn)生丙烯酰胺單體，顯著降低了二次污染。
國(guó)外冇關(guān)PAM生物降解的報(bào)道較少。Jeanine 等[21’221研究了土壤微生物對(duì)PAM的降解作用，發(fā) 現(xiàn)當(dāng)土壤試樣中僅含有PAM作為氮源時(shí)，微生物 獲得了明顯的生長(zhǎng)。這些微生物能產(chǎn)生利用PAM 中酰胺基的酶，通過(guò)酰胺酶的作用，將PAM轉(zhuǎn)化為
長(zhǎng)鏈的丙烯酸酯進(jìn)一步降解。〇11^等[24]研究了硫 酸鹽還原菌（SRB)對(duì)PAM的降解作用，結(jié)果表明 部分水解的PAM可支持SRB生長(zhǎng)。
由于聚合物驅(qū)油采出水外排，造成油田生態(tài)環(huán) 境污染日益嚴(yán)重。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)含PAM 廢水的生物降解展開(kāi)了大量的研究。程林波等[25] 在實(shí)驗(yàn)中引入SRB，結(jié)果表明SRB對(duì)PAM有著某 種特殊的降解作用，水解工藝吋以獲得35%?45% 的PAM降解率。在SRB為優(yōu)勢(shì)菌時(shí)，好氧顆粒污 泥對(duì)含PAM廢水有良好的適應(yīng)性，在相冋的水力 停留時(shí)間下，PAM降解率比普通活性污泥高約40 倍^1。黃峰等[271研究了腐生菌對(duì)PAM的降解，結(jié) 果表明腐生菌連續(xù)活化5次，在1 000 mg/L的 PAM溶液中恒溫培養(yǎng)7 d,可使溶液黏度降低 11.2%。魏利等[28]采用厭氧Hungate技術(shù),從大慶 油田常規(guī)廢水回注采油工藝的采;li液中分離得到 一株具有硫酸鹽還原功能的PAM降解菌株A9。該 菌株以PAM為惟一碳源,菌株作用前后PAM表面 結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，PAM溶液質(zhì)量濃度為500 mg/L時(shí)， 經(jīng)20 d，PAM降解率達(dá)61.2%。此外，黃孢原毛平革 菌對(duì)PAM也具有特殊的酶催化降解能力[29],在限氮 (0.2 g/L)和最佳Mn2+質(zhì)量濃度（0.0175 g/L)條 件下PAM降解率可達(dá)50%。李蔚等[3°]從油田采 出水中分離出一株以PAM為碳源的假單胞菌，對(duì) 原油和PAM均具有降解作用，PAM經(jīng)降解后分子 結(jié)構(gòu)受到破壞，相對(duì)分子質(zhì)量由原來(lái)的107變?yōu)?105 ~ 106。張英筠等[311從PAM污染的水樣和土壤 中篩選出對(duì)PAM冇良好降解效果的菌株，PAM降 解率達(dá)89%。復(fù)合菌劑在降解PAM的同時(shí)，迅速 降解脫落的丙烯酰胺單體，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次 污染。
此外，有些微生物雖然不是以PAM為碳源，但 同樣可通過(guò)共代謝作用降解PAM。佘躍惠等從 油田廢水和污泥中分離出7株P(guān)AM降解菌。研究 表明,PAM微生物降解過(guò)程中伴隨有pH降低。7 株P(guān)AM降解菌組成的微生物群落對(duì)PAM進(jìn)行生 物降解，使得培養(yǎng)基中PAM的運(yùn)動(dòng)黏度從 650 mm2/s降至100 mmVs左右。夏彥淵等f(wàn)33]又進(jìn) 一步對(duì)該7株P(guān)AM降解菌的最佳降解條件進(jìn)行了 研究，結(jié)果表明在最佳條件下7株P(guān)AM降解菌對(duì) PAM的降解率可達(dá)32.6%。
上述國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究大多停留在對(duì)降解菌 的分離培養(yǎng)，并希望通過(guò)生物強(qiáng)化技術(shù)提髙含PAM 廢水的處理效果。然而在將篩選的降解菌作為外 源微生物投放到處理系統(tǒng)中強(qiáng)化處理含PAM廢水 時(shí)，很難得到艮久有效的處理效果。
現(xiàn)階段對(duì)含PAM廢水處理的研究，無(wú)論是物 理化學(xué)法還是生物降解法都停留在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，工 程實(shí)例相對(duì)較少。隨著PAM在各行業(yè)中的廣泛應(yīng) 用，含PAM廢水量急速增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、無(wú)害 的處理技術(shù)迫在眉睫。綜上所述，對(duì)今后含PAM 廢水處理的研究建議如下：
a)在使用物理化學(xué)法處理含PAM廢水時(shí)，處 理效果較為明M，但是存在二次污染及處理費(fèi)用相 對(duì)較高的問(wèn)題，從安全經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，建議采用 生物降解法或物理化學(xué)與牛物聯(lián)合處理的方法。
b)對(duì)于微生物無(wú)害化處理含PAM廢水，現(xiàn)階 段很難獲得穩(wěn)定的處理效果。近年來(lái)發(fā)展較快的 微生物分子生態(tài)學(xué)方法，如基于16S rDNA序列分 析的熒光原位雜交技術(shù)和末端限制性片段長(zhǎng)度多 樣性技術(shù)，使從分子水平進(jìn)行研究成為可能。通過(guò) 這些技術(shù)使研究者能夠在充分了解微生物處理系 統(tǒng)群落結(jié)構(gòu)信息的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)的微生物分離 培養(yǎng)方法，培養(yǎng)、篩選與處理系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu) 合理匹配的PAM降解菌群，避免了以往生物強(qiáng)化 技術(shù)的盲目性，從而獲得長(zhǎng)效穩(wěn)定的處理效果。