作为一类重要的水溶性高分子聚合物，聚丙烯 醜胺广泛应用于油田聚合物驱等三次采油技术中. 随着聚合物溶液的注人，采出水因为含有聚合物而 黏度较高，水中的油滴及固体悬浮物的乳化稳定性 强，进而导致油、水分离和含油污水处理的难度加 大.目前，随着聚合物驱三次采油技术的逐步推广， 聚丙烯酰胺的应用范围和规模正呈现快速增长趋 势，同时其在环境中的累积、迁移、转化带来的毒性 亦将逐渐显露出来，并将给生态环境带来不可估量 的长期危害.含聚丙烯酰胺污水的处理研究已经迫 在眉睫，这其中最核心的问题便是聚丙烯酰胺的降 解[1-2].所以筛选聚丙烯酰胺降解菌种的工作显得 尤为重要.
目前国内外对聚丙烯酰胺降解的研究主要从以 下几个方面展开:热降解、光降解、化学降解、生物降 解、机械降解>7].而生物降解处理方法具有无污 染、成本低等优点，从而成为研究者重点研究的内 容.在国外，Jeanine L. Kay-Shoemake等[8_9]在以聚 丙稀酸胺作为土壤微生物生长基质的实验中发现： 聚丙烯酰胺只能作为惟一的氮源被微生物所利用， 但是却不能作为碳源被降解.在国内，黄峰等[1()]研 究了硫酸盐还原菌对聚丙烯酰胺的降解.研究结果 表明，硫酸盐还原菌不仅能以聚丙烯酰胺为碳源生 长繁殖，而且还能使聚丙烯酰胺降解导致其溶液黏 度损失.
本文从含聚丙烯酰胺的废水中初步筛选到一株 以聚丙稀酰胺为碳源的降解菌，并对其生长以及不 同环境要素条件下对聚丙稀酰胺的降解情况进行了 考察，实验结果将对含聚油田污水的生化处理奠定 理论基础和技术支撑.
1实验部分
1.1菌种来源
菌种来自胜利油田胜垃采出水.
1.2主要仪器及设备
Cary 50 Bio紫外可见分光光度计、恒温摇床、 生化培养箱、显微镜、恒温箱、高压灭菌锅、pH计. 1.3培养基
选择性液体培养基的组成(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^几^^1值7.2.
选择性固体培养基:向上述培养基中加入15~ 20 g/L的琼脂粉，制成平板.
富集培养基的组成(g/L):牛肉浸裔3.0,蛋白 胨 10.0，NaC15.
2实验内容与方法
2.1菌种的筛选及鉴定
取3 mL的胜垃采出水接种到装有选择性液体 培养基的锥形瓶中，放入温度为37 *C、转速为120 r/min的恒温培养箱中培养数天，然后稀释涂在平 板上，并在37 1C的生化培养箱中培养.
选择生长良好的菌株作为实验菌株，扩大培养 和驯化,然后借助形态学观察和生理生化实验进行 鉴定.
2.2聚丙烯酰胺质置浓度的测定
由于油田采出水中成分相当复杂，矿化度和无 机离子含量较髙，胶束驱、碱摩面活性剂康合物驱 采出液为乳状液或溶有原油而带较深的颜色，高温、 高pH值条件下聚丙烯酰胺水解度明显增大，这些 因素将严重影响聚丙烯酰胺质量浓度的准确分析. 由于淀粉-碘化镉法[11]的干扰因素少，精确度高，所 以在油田屮有着广泛的应用.其原理为：（1)用Br2 水将酰胺基溴化为N-溴代酰胺;（2)过量的Br2用 甲酸钠除去;(3)聚丙烯醜胺的溴代物水解产生次溴 酸;(4)次溴酸定量地与碘化镉中厂反应生成13-；
(2)If与淀粉作用呈蓝色，用分光光度法测定其吸 光度.
绘制质量浓度一吸光度标准曲线，以此确定溶 液中聚丙烯酰胺的质量浓度.
2.3菌种性能评价
用过滤后的胜坨采出水配置聚丙烯酰胺溶液， 并高压灭菌，取此作为实验空白液.接种一定量的已 经驯化的菌液作为实验菌液.
将实验菌液置人恒温摇床中进行培养.在培养 过程中观察细菌的生长情况;定期用pH计测定菌 液pH的变化；采用淀粉一碘化镉方法测定聚丙烯 醜胺的质量浓度.生物降解率)的表达式为 V = (p〇~ Pi^po x 100%- 式中:P0表示降解前聚丙烯酰胺的质量浓度， mg/L;(〇1表示降解后聚丙烯酰胺的质量浓度， mg/L.
实验中，由于摇库的剪切作用对聚丙烯酰胺的 降解所产生的影响不能忽略,所以计算生物降解率 时必须扣除空白溶液中聚丙烯酰胺含量的变化.
3实验结果及讨论
3.1筛选结果
初步筛选到一株以聚丙烯酰胺为碳源的降解菌 种，并命名为PM-1.通过生理生化特征鉴定，并参 考《伯杰细菌鉴定手册》[12]，初步确定PM-1菌为芽 孢杆菌属.
3.2细菌的生长及pH值的变化
有研究表明[13]，微生物分解聚合物的过程一般 是:首先，微生物在菌体外分泌出聚合物的分解酶， 分解酶再将高分子链分解成低分子链或使其侧基脱 落.酶和聚合物的接触有两种方式，酶对髙分子链的 攻击更普遍在链端进行，而其链端又经常埋藏于聚 合物基质之中,使与它反应的酶不能或只是极慢地 接近它.
聚丙烯醜胺作为高分子的聚合物在溶液中形态 结构不尽相同[14];且用于石油开采的通常是阴离子 型聚丙烯醜胺，所以细菌需要一定的时间去适应这 种新的环境.因此，对细菌在含聚合物的溶液中有一 段较长的适应期.
细菌的生长曲线表明，细菌在开始的24 h内几 乎没有变化，但24 h之后细菌量开始迅速增加，说 明细菌基本适应了周围的环境并开始生长.早期
Magdaliniuk S[15]等人曾提出聚丙烯酰胺的不可生 物降解性.同时由细菌生长曲线还可以看出，细菌对 聚丙烯醜胺还是具有一定适应性的,能够在含聚丙 烯醜胺的溶液中生长.在细菌生长的过程中，pH值 有所降低，一方面聚丙烯酿胺水解产生竣基，另一方 面细菌新陈代谢过程中可能产生酸性物质.初始pH 值为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变化
实验中聚丙烯酰胺的降解可以看作是生物降解 与机械降解共同作用的结果.由于细菌的生长繁殖 要经过一定的降解诱导过程，所以在最初的24 h内 聚丙烯酰胺含量的小幅降低主要是依靠培养摇床的 剪切作用.因此，这一段时间内聚丙烯醜胺的降解应 该归属于机械降解.
处于对数期的细菌，生长繁殖旺盛，新陈代谢速 度加快•，与此同时，细菌不断分泌出聚丙烯醜胺的分 解酶，促使长链大分子的聚丙烯酰胺逐渐被断裂成 小分子，从而解离出越来越多的可供细菌吸收利用 的小分子物质.由图2可以看出:从第二天开始，聚 丙烯酰胺含量急剧降低，这充分说明细菌的生物降 解起了至关重要的作用.随着细菌浓度的升高，细菌 与聚丙烯酰胺的接触面积不断增大，从而促进了聚 丙稀醜胺的生物降解.但是细菌并不能完全降解溶 液中的聚丙烯醜胺.从实验的第十天开始，溶液中聚 丙烯酰胺的浓度开始达到平衡.这和相关文献[16]指 出细菌不能够利用全部的聚丙烯酰胺作为碳源相一 致.实验中初始量为500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液 经过长时间降解之后，聚合物含量最终可以降到 200 mg/L 左右.
图2聚丙烯酰胺含置随时间的变化 3.4聚丙媒酷胺降解实验最隹条件的确定
细菌生长需要适宜的温度、pH值，太高或太低 的温度、pH值都会对细菌生长过程中新陈代谢产生 影响.所以确定适宜的生长条件将会有利于细菌的 生长，从而有利于聚丙烯酰胺更好地降解.
3.4.1适宜生长温度的确定对不同温度下500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液的降解率进行了测定（同 时作空白实验)，从而确定了降解实验的最佳温度.
由图3可以看出，细菌对聚丙烯酰胺溶液降解 程度较高的温度范围是35 ~40 t：.温度高于50 X： 对降解实验会产生极大的影响，温度高于55 t：，聚 丙烯酰胺的降解率低于5%.
3.4.2不同初始pH值对聚丙烯酰胺降解率的影 响配制500 mg/L的聚丙烯酰胺溶液，分别调pH 值为 4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,7.5,8.5,9.0 (同时作空白实验)，在其它条件不变的情况下，考査 不同pH值对聚丙烯酰胺的降解情况.结果见图4.
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PH
图4初始pH值对降解率的影响
图4表明，初始pH值的不同对聚丙烯酰胺溶 液中的细菌产生了一定的影响.一般地讲，细菌生长 的最适pH值范围是6.5~7.6,本实验中筛选到的 聚丙烯酰胺降解菌也不例外，在pH值7.5处降解 聚丙烯酰胺的效果最好.过高或过低的pH值都不 利于聚丙烯醜胺的降解.
3.4.3降解时间对降解率的影响配制500 mg/L 的聚丙烯酰胺溶液，每天测定聚丙烯酰胺的含量，对 照空白计算聚丙烯醜胺的降解率.结果见图5.
在对含聚丙烯醜胺污水生化处理的过程中涉及 到处理周期的问题.一个完整的处理周期包括进水 期、污水处理期、出水期.所以确定反应的生化反应
图5降解时间对降解率的彩响
处理时间，对于实际运作过程具有重要的意义.由图 5可以看出，细菌对聚丙烯酰胺的降解主要是在前5 d内，在之后的时间里，降解率基本稳定.所以本实 验把第五天作为降解实验的终止，降解率最高可达 到 38.4%.
4结论及建议
初步筛选到一株以聚丙烯酰胺为碳源的降解菌 种，实验结果表明经过一段时间的驯化，筛选到的降 解菌种显示出对聚丙烯酰胺的适应性，并对聚丙烯 酰胺的降解起到一定的作用.在温度为35 t：、pH值 为7.5的条件下，降解5 d,500 mg/L聚丙烯酰胺溶 液的降解率最高可达到38.4%.聚丙烯酰胺经降解 之后，聚合物发生断链，产生低分子化合物碎片，降 解产物不会对环境产生二次污染.
鉴于油田污水成分的复杂性，各种添加剂会对 微生物的存在造成潜在的毒害作用，单一的菌种可 能无法很好地发挥其应有的功效.通过筛选高性能 的聚丙烯醜胺降解菌，综合利用其与不同微生物群 落(如腐生菌、硫酸盐还原菌)之间的共代谢及协同 作用，提高聚合物驱后污水的处理效果，将是下一步 实验探索的重点.