丙烯酰胺均聚物和各種 共聚物的統稱，是一類重要的水溶性高分子聚合 物，聚丙烯酰胺微生物降解研究進展，作為百業助劑，不僅己廣泛應用在石油開采、 水處理、紡織、造紙、製糖、選礦、醫藥、建材、農業等 領域，而且在食品、藥品以及整容等與人們日常生 活和人類健康相關的領域也有應用[1~3]。

一直以來，聚丙烯酰胺被認為是非常穩定的高 分子聚合物。但事實上，在自然條件下，受環境中各 種理化和生物因素的影響，聚丙烯酰胺會發生緩慢 的物理降解[4~8]、化學降解[9~11]和生物降解[12~27]。其 降解後釋放產生大量的低聚物和丙烯酰胺單體 (AM)。而丙烯酰胺單體己被證明能作用於細胞內 的染色體和引起神經性毒性反應。因此，對聚丙烯 酰胺在環境中的殘留、遷移、降解以及其降解產物 對環境的潛在危害必須加以清醒的認識。

1聚丙烯酰胺的汙染來源及汙染現狀

世界各國聚丙烯酰胺的消費結構有所不同，美 國和西歐主要用於水處理，而日本則主要用於造紙 工業。在我國，聚丙烯酰胺的應用主要集中在石油 開采、水處理、造紙、製糖、洗煤和冶金等領域，其消 費結構為：采油工業是第一大用戶，占總需求量的 80°%左右，第二位是水處理，約占9°%,造紙占5°%, 礦山占2°%,其它占3°%。

在采油工業中，聚丙烯酰胺主要被用來作為驅 油劑注入油層，使具有較大粘度的原油與水之間流 度比下降，減弱水的粘性指數，從而提高原油采收 率。但聚丙烯酰胺在提高采收率的同時，對環境也 產生了很大的影響。首先，注入地層的聚丙烯酰胺 一部分會隨采出液排出，大幅提高了混合液的粘度 和乳化性，使油水分離難度加大，含油量嚴重超標； 

其次，聚合物驅油過程中，絕大多數的聚丙烯酰胺 進入地下油層，由於地層結構原因，很難避免其滲 透到地下水層，而聚丙烯酰胺在地下水中的長期滯 留，必將對當地水環境造成嚴重汙染；另外大規模 注聚合物使大量低礦化度清水進入注水係統，會導 致油田汙水的供、注水不平衡。

在水處理中，聚丙烯酰胺作為絮凝劑，用於城 市汙水、生活汙水、工業廢水等的處理以及各種地 下水和工業懸浮液的固液分離；在造紙工業中聚丙 烯酰胺用作分散劑、增強劑、助留劑、濾水劑、沉降 劑，改善紙張質量和沉澱汙水；在米礦、洗煤中，米 用聚丙烯酰胺作絮凝劑，促進固體沉降使水澄清。

農業方麵，聚丙烯酰胺應用越來越多，主要用 於土壤改良增產、增肥、保土和保水等。聚丙烯酰胺微生物降解研究進展，除此以外， 聚丙烯酰胺在紡織、冶金、印染、養殖以及隧道、水 壩等工程堵水固沙的化學灌漿和水下、地下建築物 的防腐等領域都有應用[1]。

由於其良好的水溶性，PAM在大多數應用領 域的最終歸屬為進入地表水或地下水，而含有 PAM的汙水不僅會改變水的理化性質，同時PAM 本身對COD也有貢獻。然而，目前對聚丙烯酰胺的 排放和可能帶來的影響並沒有相關的數據和進行 有效的評估，對其危害還沒有引起足夠的重視。在 相當長的時期內，聚丙烯酰胺還將得到廣泛應用。

2聚丙烯酰胺微生物降解

作為一種相對穩定的高分子聚合材料，聚丙烯 酰胺有著極強的生物抗性，即使是己經被降解為小 分子的聚丙烯酰胺依然有著這一特征。到目前為 止，國內外對聚丙烯酰胺的生物降解研究基本停留 在初步階段。僅有少量的有關聚丙烯酰胺的生物降 解的文獻報道，而且多數研究結果表明高分子量 PAM難於被微生物利用和降解。

2.1聚丙烯酰胺作為碳源物質利用

日本的Nakamiya和Kinoshita[12]從活性汙泥和 土壤中分離篩選兩株聚丙烯酰胺降解菌，Entrobacter agglomerans 和 Azomonas Macrocytogenes。研究表明， 這兩株菌均能以聚丙烯酰胺為惟一營養物進行生 長，在培養27h後，培養基中20%的總有機碳被消 耗掉，聚合物的平均分子量從200萬降低到50萬。 Richid[13]的生物培養試驗證明硫酸鹽還原菌能單獨 破壞PAM的結構。程林波等[14]的研究表明硫酸鹽 還原菌可以PAM作為碳源，以SO,作為最終電子 受體發生異化硫酸鹽還原作用，從而起到降解 PAM的作用。黃峰[15]從中原油田現場取樣的汙水中 培養出的硫酸鹽還原菌能以HPAM為惟一碳源進 行生長繁殖。當接種的菌量為3.6 X104個/ml時，經 恒溫30°C7d的培養，1 000mg/L的水解聚丙烯酰胺 (HPAM)溶液的粘度損失率可達19.6%。黃峰[16]等 人的實驗表明，腐生菌能在不加其它任何培養基成 分的一定濃度的HPAM中大量生長繁殖，腐生菌在 1 000mg/L的PAM中恒溫培養7d，可使溶液粘度損 失率達11.2%，認為HPAM溶液粘度的降低是由於 在腐生菌的作用下發生生物降解作用而導致 HPAM高分子鏈斷裂的結果。張英筠[17]等利用篩選 出的高效複合菌劑可在高濃度的PAM溶液中生長 繁殖，並對10 000mg/LPAM溶液有良好的降解效 果，以溶液黏度為指標，降解率可達89%。在降解過 程中還檢測到丙烯酰胺單體的形成，認為菌體的降 解作用使一部分高分子鏈斷裂成了 AM單體，並且 該菌種還可以對脫落的丙烯酰胺單體進行高效、迅 速的降解，降解率可高達95%。佘躍惠[18_19]等從油 田產聚合物汙水和汙泥中分離到的7株聚丙烯酰 胺（PAM)降解菌並就它們降解聚丙烯酰胺最佳條 件進行了研究，分子生物學鑒定表明7株PAM降 解菌分別歸類於放線杆菌綱（Actinobacteria)，a-變 形菌綱（Alphaproteo bacteria)和芽孢杆菌（Bacillus)。 研究結果表明，采用7株菌組成的微生物菌群在以 PAM為惟一碳源和惟一氮源的培養基中使PAM的 運動粘度從650mm2/s降低至100mm2/s左右，由此 認為正是由於7株菌組成的微生物群落對PAM的 生物降解作用，使得培養基中的PAM的粘度降低。 孫曉君[20]等采用人工配製的模擬含聚（聚丙烯酰 胺）驅采出水為介質，在以好氧顆粒汙泥為主體的 實驗型SBR內研究了油田驅采出水中PAM的生物 降解性能。結果表明，在水力停留時間為6d時，模 擬含聚廢水中的PAM降解率達到40%以上。高年 發™等的研究表明，細菌G1能在一定濃度的聚丙 烯酰胺溶液中生長繁殖並降低其溶液黏度，聚丙烯酰胺微生物降解研究進展，表明其 具有降解水解聚丙烯酰胺的能力。

多數研究結果表明，微生物很難以聚丙烯酰胺

為惟一碳源進行生長，PAM抵抗微生物的降解，聚 合物幾乎沒有生物降解情況的出現，已經發生的生 物降解也不會形成丙烯酰胺單體。Kay-Shoemake[22] 在對土壤中常見的細菌利用PAM的實驗中發現， PAM不能作為惟一的碳源物質支持微生物的生 長，認為細菌沒有產生作用於聚合物骨架的酶，在 土壤中它的降解最主要還是受光、化學以及機械的 作用。Rachid[13]等也得出類似結論，並認為生物礦 化聚丙烯酰胺隻占聚合物的0.6%~0.7%。

2.2聚丙烯酰胺作為氮源物質利用

Holliman[23]等研宄了大田和實驗室土壤中的微 生物對PAM的降解作用，通過監測土壤中的微生 物的生長情況、酰胺酶和土壤中的氮的含量的變 化，認為PAM的微生物降解很慢，土壤中的PAM 的降解是物理、化學和生物共同作用的結果。Kay- Shoemake[24]等研究了農業土壤中存在的微生物對 PAM的降解作用，通過監測細菌的生長情況，認為 細菌通過分泌胞外的酰胺酶將聚合物上的氨基脫 落下來，供給細菌生長所需要的氮源，而在聚合物 上形成了大量的羧基，由此改變了溶液的粘度，而 聚合物的聚合度並沒有降低。Senft[25]等的研究也有 類似結果，認為PAM可以作為惟一氮源支持細菌 生長，但細菌並沒有降解PAM形成丙烯酰胺單體。 韓昌福[26]等研究了黃孢原毛平革菌對聚丙烯酰胺 (PAM)的生物降解，結果表明，黃孢原毛平革菌產 生的錳過氧化物酶對聚丙烯酰胺催化降解的能力， 降解率可達50%。李蔚等[27]以聚丙烯酰胺為能源和 碳源從油田采出水中分離到一株假單胞菌屬PD21 菌株。研究表明該菌能以聚丙烯酰胺為有機營養源 進行生長，並將高分子結構破壞。化學分析表明，聚 丙烯酰胺的分子結構受到破壞後，粘度降低，相對分 子量由原來的1X107變為1X105_1X106，分析原因， 他認為主要是由於微生物的作用加快了聚合物分子 鏈上的酰胺基水解，使聚合物分子、聚合物鏈段間的 排斥力增加，導致分子斷裂，分子量變小。魏利[28]等 分離得到一株厭氧菌 Anaerofilumpen tosovorans A9 菌株，研究結果表明，菌株能以聚丙烯酰胺為唯一 碳源和氮源進行生長。

3結論

聚丙烯酰胺由於具有良好的理化特性，一直被 認為是安全、無毒和難於降解的。聚丙烯酰胺微生物降解研究進展，因此有關其在自 然界中的降解及其可能產生毒性的研究在很長一 段時期內被忽視，直到上世紀90年代才開始提出 其潛在毒性和對環境的汙染。目前，其應用範圍和 規模正呈現快速增長趨勢，與此同時，其對環境中 的危害必將逐漸顯露出來。然而，目前聚丙烯酰胺 降解研究多集中在其合成和應用方麵，對聚丙烯酰 胺的降解尤其是生物降解研究極少。作為對環境汙 染物高效、徹底的處理手段，生物降解與處理工藝 己經在多種難降解汙染物的處理領域發揮了重要 的作用。基於微生物自身的特點，以及目前飛速發 展的分子生物學技術和基因工程，微生物法必將成 為解決聚丙烯酰胺及其降解物引起的環境汙染問 題的重要手段。