丙烯酰胺均聚物和各种 共聚物的统称，是一类重要的水溶性高分子聚合 物，聚丙烯酰胺微生物降解研究进展，作为百业助剂，不仅己广泛应用在石油开采、 水处理、纺织、造纸、制糖、选矿、医药、建材、农业等 领域，而且在食品、药品以及整容等与人们日常生 活和人类健康相关的领域也有应用[1~3]。

一直以来，聚丙烯酰胺被认为是非常稳定的高 分子聚合物。但事实上，在自然条件下，受环境中各 种理化和生物因素的影响，聚丙烯酰胺会发生缓慢 的物理降解[4~8]、化学降解[9~11]和生物降解[12~27]。其 降解后释放产生大量的低聚物和丙烯酰胺单体 (AM)。而丙烯酰胺单体己被证明能作用于细胞内 的染色体和引起神经性毒性反应。因此，对聚丙烯 酰胺在环境中的残留、迁移、降解以及其降解产物 对环境的潜在危害必须加以清醒的认识。

1聚丙烯酰胺的污染来源及污染现状

世界各国聚丙烯酰胺的消费结构有所不同，美 国和西欧主要用于水处理，而日本则主要用于造纸 工业。在我国，聚丙烯酰胺的应用主要集中在石油 开采、水处理、造纸、制糖、洗煤和冶金等领域，其消 费结构为：采油工业是第一大用户，占总需求量的 80°%左右，第二位是水处理，约占9°%,造纸占5°%, 矿山占2°%,其它占3°%。

在采油工业中，聚丙烯酰胺主要被用来作为驱 油剂注入油层，使具有较大粘度的原油与水之间流 度比下降，减弱水的粘性指数，从而提高原油采收 率。但聚丙烯酰胺在提高采收率的同时，对环境也 产生了很大的影响。首先，注入地层的聚丙烯酰胺 一部分会随采出液排出，大幅提高了混合液的粘度 和乳化性，使油水分离难度加大，含油量严重超标； 

其次，聚合物驱油过程中，绝大多数的聚丙烯酰胺 进入地下油层，由于地层结构原因，很难避免其渗 透到地下水层，而聚丙烯酰胺在地下水中的长期滞 留，必将对当地水环境造成严重污染；另外大规模 注聚合物使大量低矿化度清水进入注水系统，会导 致油田污水的供、注水不平衡。

在水处理中，聚丙烯酰胺作为絮凝剂，用于城 市污水、生活污水、工业废水等的处理以及各种地 下水和工业悬浮液的固液分离；在造纸工业中聚丙 烯酰胺用作分散剂、增强剂、助留剂、滤水剂、沉降 剂，改善纸张质量和沉淀污水；在米矿、洗煤中，米 用聚丙烯酰胺作絮凝剂，促进固体沉降使水澄清。

农业方面，聚丙烯酰胺应用越来越多，主要用 于土壤改良增产、增肥、保土和保水等。聚丙烯酰胺微生物降解研究进展，除此以外， 聚丙烯酰胺在纺织、冶金、印染、养殖以及隧道、水 坝等工程堵水固沙的化学灌浆和水下、地下建筑物 的防腐等领域都有应用[1]。

由于其良好的水溶性，PAM在大多数应用领 域的最终归属为进入地表水或地下水，而含有 PAM的污水不仅会改变水的理化性质，同时PAM 本身对COD也有贡献。然而，目前对聚丙烯酰胺的 排放和可能带来的影响并没有相关的数据和进行 有效的评估，对其危害还没有引起足够的重视。在 相当长的时期内，聚丙烯酰胺还将得到广泛应用。

2聚丙烯酰胺微生物降解

作为一种相对稳定的高分子聚合材料，聚丙烯 酰胺有着极强的生物抗性，即使是己经被降解为小 分子的聚丙烯酰胺依然有着这一特征。到目前为 止，国内外对聚丙烯酰胺的生物降解研究基本停留 在初步阶段。仅有少量的有关聚丙烯酰胺的生物降 解的文献报道，而且多数研究结果表明高分子量 PAM难于被微生物利用和降解。

2.1聚丙烯酰胺作为碳源物质利用

日本的Nakamiya和Kinoshita[12]从活性污泥和 土壤中分离筛选两株聚丙烯酰胺降解菌，Entrobacter agglomerans 和 Azomonas Macrocytogenes。研究表明， 这两株菌均能以聚丙烯酰胺为惟一营养物进行生 长，在培养27h后，培养基中20%的总有机碳被消 耗掉，聚合物的平均分子量从200万降低到50万。 Richid[13]的生物培养试验证明硫酸盐还原菌能单独 破坏PAM的结构。程林波等[14]的研究表明硫酸盐 还原菌可以PAM作为碳源，以SO,作为最终电子 受体发生异化硫酸盐还原作用，从而起到降解 PAM的作用。黄峰[15]从中原油田现场取样的污水中 培养出的硫酸盐还原菌能以HPAM为惟一碳源进 行生长繁殖。当接种的菌量为3.6 X104个/ml时，经 恒温30°C7d的培养，1 000mg/L的水解聚丙烯酰胺 (HPAM)溶液的粘度损失率可达19.6%。黄峰[16]等 人的实验表明，腐生菌能在不加其它任何培养基成 分的一定浓度的HPAM中大量生长繁殖，腐生菌在 1 000mg/L的PAM中恒温培养7d，可使溶液粘度损 失率达11.2%，认为HPAM溶液粘度的降低是由于 在腐生菌的作用下发生生物降解作用而导致 HPAM高分子链断裂的结果。张英筠[17]等利用筛选 出的高效复合菌剂可在高浓度的PAM溶液中生长 繁殖，并对10 000mg/LPAM溶液有良好的降解效 果，以溶液黏度为指标，降解率可达89%。在降解过 程中还检测到丙烯酰胺单体的形成，认为菌体的降 解作用使一部分高分子链断裂成了 AM单体，并且 该菌种还可以对脱落的丙烯酰胺单体进行高效、迅 速的降解，降解率可高达95%。佘跃惠[18_19]等从油 田产聚合物污水和污泥中分离到的7株聚丙烯酰 胺（PAM)降解菌并就它们降解聚丙烯酰胺最佳条 件进行了研究，分子生物学鉴定表明7株PAM降 解菌分别归类于放线杆菌纲（Actinobacteria)，a-变 形菌纲（Alphaproteo bacteria)和芽孢杆菌（Bacillus)。 研究结果表明，采用7株菌组成的微生物菌群在以 PAM为惟一碳源和惟一氮源的培养基中使PAM的 运动粘度从650mm2/s降低至100mm2/s左右，由此 认为正是由于7株菌组成的微生物群落对PAM的 生物降解作用，使得培养基中的PAM的粘度降低。 孙晓君[20]等采用人工配制的模拟含聚（聚丙烯酰 胺）驱采出水为介质，在以好氧颗粒污泥为主体的 实验型SBR内研究了油田驱采出水中PAM的生物 降解性能。结果表明，在水力停留时间为6d时，模 拟含聚废水中的PAM降解率达到40%以上。高年 发™等的研究表明，细菌G1能在一定浓度的聚丙 烯酰胺溶液中生长繁殖并降低其溶液黏度，聚丙烯酰胺微生物降解研究进展，表明其 具有降解水解聚丙烯酰胺的能力。

多数研究结果表明，微生物很难以聚丙烯酰胺

为惟一碳源进行生长，PAM抵抗微生物的降解，聚 合物几乎没有生物降解情况的出现，已经发生的生 物降解也不会形成丙烯酰胺单体。Kay-Shoemake[22] 在对土壤中常见的细菌利用PAM的实验中发现， PAM不能作为惟一的碳源物质支持微生物的生 长，认为细菌没有产生作用于聚合物骨架的酶，在 土壤中它的降解最主要还是受光、化学以及机械的 作用。Rachid[13]等也得出类似结论，并认为生物矿 化聚丙烯酰胺只占聚合物的0.6%~0.7%。

2.2聚丙烯酰胺作为氮源物质利用

Holliman[23]等研宄了大田和实验室土壤中的微 生物对PAM的降解作用，通过监测土壤中的微生 物的生长情况、酰胺酶和土壤中的氮的含量的变 化，认为PAM的微生物降解很慢，土壤中的PAM 的降解是物理、化学和生物共同作用的结果。Kay- Shoemake[24]等研究了农业土壤中存在的微生物对 PAM的降解作用，通过监测细菌的生长情况，认为 细菌通过分泌胞外的酰胺酶将聚合物上的氨基脱 落下来，供给细菌生长所需要的氮源，而在聚合物 上形成了大量的羧基，由此改变了溶液的粘度，而 聚合物的聚合度并没有降低。Senft[25]等的研究也有 类似结果，认为PAM可以作为惟一氮源支持细菌 生长，但细菌并没有降解PAM形成丙烯酰胺单体。 韩昌福[26]等研究了黄孢原毛平革菌对聚丙烯酰胺 (PAM)的生物降解，结果表明，黄孢原毛平革菌产 生的锰过氧化物酶对聚丙烯酰胺催化降解的能力， 降解率可达50%。李蔚等[27]以聚丙烯酰胺为能源和 碳源从油田采出水中分离到一株假单胞菌属PD21 菌株。研究表明该菌能以聚丙烯酰胺为有机营养源 进行生长，并将高分子结构破坏。化学分析表明，聚 丙烯酰胺的分子结构受到破坏后，粘度降低，相对分 子量由原来的1X107变为1X105_1X106，分析原因， 他认为主要是由于微生物的作用加快了聚合物分子 链上的酰胺基水解，使聚合物分子、聚合物链段间的 排斥力增加，导致分子断裂，分子量变小。魏利[28]等 分离得到一株厌氧菌 Anaerofilumpen tosovorans A9 菌株，研究结果表明，菌株能以聚丙烯酰胺为唯一 碳源和氮源进行生长。

3结论

聚丙烯酰胺由于具有良好的理化特性，一直被 认为是安全、无毒和难于降解的。聚丙烯酰胺微生物降解研究进展，因此有关其在自 然界中的降解及其可能产生毒性的研究在很长一 段时期内被忽视，直到上世纪90年代才开始提出 其潜在毒性和对环境的污染。目前，其应用范围和 规模正呈现快速增长趋势，与此同时，其对环境中 的危害必将逐渐显露出来。然而，目前聚丙烯酰胺 降解研究多集中在其合成和应用方面，对聚丙烯酰 胺的降解尤其是生物降解研究极少。作为对环境污 染物高效、彻底的处理手段，生物降解与处理工艺 己经在多种难降解污染物的处理领域发挥了重要 的作用。基于微生物自身的特点，以及目前飞速发 展的分子生物学技术和基因工程，微生物法必将成 为解决聚丙烯酰胺及其降解物引起的环境污染问 题的重要手段。