聚丙烯酰胺降解菌的研究进展及展望

何天琪（大连工业大学， 辽宁 大连 116034）

1 聚丙烯酰胺在石油工业中的应用现状

聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物。具有良好的絮凝性、增稠性、降阻性、耐剪切性[1]，被广泛用于石油开采、水处理、医药等领域，有“万能产品”和“百业助剂”之称[2]。

随着石化能源的日趋紧张，提高油田采油率已成为石油领域的当务之急。但油田进入高含水的开发后期，现有技术难以满足需求。聚合物驱油三次采油技术逐渐成为提高原油采收率的重要方法之一[3]，部分水解聚丙烯酰胺(Hydrolyzed polyacrylamide，HPAM)因其高相对分子量和低浓度水溶液的高粘性，在油田的勘探开发中广泛用于钻井液的添加剂[4]。随着油田聚合物驱技术的日趋推广，大量聚合物在注入井附近的滞留，造成注入能力下降，降低采油率；残留在环境中的HPAM会发生缓慢降解，释放出有毒的丙烯酰胺单体，在地面水体和地下水中长期滞留，对当地环境造成潜在危害[5]。鉴于此，找到环保、高效的解堵剂缓解近井地带的堵塞和降低污染，具有重大现实意义。

2 聚丙烯酰胺的生物降解法

微生物可以HPAM为营养源，生长代谢过程中通过一系列由各种微生物酶参与的反应，长链HPAM被断裂成可被微生物利用的短链小分子有机物[6]。降解产物能够作为细菌生命活动的营养物质，细菌对营养物质的消耗又能促进HPAM的降解和液体粘度的降低。因此，采用微生物降解菌对滞留近井壁地层空隙中的HPAM进行降解以解除对储层造成的伤害，是解决采油过程中由HPAM引起的堵塞和环境污染问题的有效手段。

3 微生物降解聚丙烯酰胺的研究进展

3.1 聚丙烯酰胺降解菌初探

对微生物降解HPAM的最早研究是1978年由Suzuki等针对其能否被降解、作为碳源还是氮源被利用等方面，研究认为HPAM不能被完全降解。Kunichika等从活性污泥中分离得到能以HPAM为唯一碳源和氮源的两株降解菌，可使培养液中HPAM的分子量降低，但微生物不能利用其中的酰胺部分，HPAM不能完全被降解。Kay-Shoemake等研究土壤中固氮菌对HPAM的降解，发现有些微生物能分泌出胞外酰胺酶，催化水解聚合物骨架中的碳氮部分。

3.2 硫酸盐还原菌对聚丙烯酰胺的降解

后续研究表明，硫酸盐还原菌在HPAM体系中的生长能力最强，对HPAM黏度影响也最大。该菌能以HPAM为碳源，以硫酸根为最终电子受体生长繁殖，对HPAM进行分解代谢。黄峰等从油田采出水中培养的硫酸盐还原菌可降解HPAM，且菌体接种量、溶液p H值等对降解都有影响。张兴福等应用厌氧Hungate技术，分离到以HPAM为惟一碳源的降解菌，菌株作用前后HPAM分子链上的酰胺基水解成羧基，侧链降解，溶液黏度发生显著下降。赵敏以Hungate滚管法从含聚污水中分离出一株能在无碳源含聚培养基中生长的菌，最佳条件为40℃、pH8.0，10d降解率为24%。魏利等采用厌氧Hungate技术，从油田采出液中分离出硫酸盐还原性HPAM降解菌，最佳条件为38℃、pH 8.0，20d降解率为61.2%，溶液粘度显著下降。

3.3 芽孢杆菌和不动杆菌对聚丙烯酰胺的降解

包木太等从油田采出液中筛选的芽孢杆菌在35℃、p H 7.5时，HPAM降解率为38.4%，且聚合物断链生成低分子化合物碎片，降解产物对环境无二次污染。李淑芹等从HPAM生产厂区土壤中采用平板胁迫驯化法筛选出一株枯草芽孢杆菌，在30℃、p H9.0时，HPAM降解率达45.04 %。陈庆国等从胜坨含聚污水中得到的好氧HPAM降解菌，产物中酰胺基团被转化为羧基，无丙烯酰胺单体被发现，鉴定知是蜡样芽胞杆菌和枯草芽孢杆菌。任国领从油藏采出水中得出一株不动杆菌，能在以HPAM为惟一碳源的无机盐培养基中生长，降解率为33%。

4 展望

目前，经过诸多学者努力，对HPAM降解菌的研究已取得了相当大进展。上述研究结果表明，HPAM降解菌可降解长链大分子聚合物，解除近井堵塞，采油井产液量显著提高[ ]。同时可减少外排污水中的HPAM含量，达到环境友好的目的。微生物降解法在油田解堵和含聚污水处理领域具有独特的优势，应用前景广阔，但诸多问题仍有待解决。

下一步研究可针对：①过气质联用、核磁共振等技术结合，加强对降解产物的成分分析，深入探讨其代谢途径、代谢产物的种类和毒性等。②因油田采出液的成分较为复杂，复合菌具有协调机制，可能具有较高降解效果。但具体机制尚不清晰，降解菌之间底物的利用关系、协同生长作用机理等仍有待进一步的研究。需建立一套有效的筛选方法，通过方差、极差分析等统计学手段优化实验条件，找到降解率高、稳定性好的菌群。③目前大部分菌株都是在实验室条件下筛得，少有能大规模降解HPAM的菌株，因此筛选出高效稳定的HPAM降解菌将在实际工业生产中大有可为。

[1]刘鹏程.丙烯酰胺类单体的可控自由基聚合研究[D].北京化工大学,2013.

[2]詹亚力，郭绍辉，闰光绪．部分水解聚丙烯酰胺降解研究进展[J]．高分子通报，2004，2 ：70．7.

[3]李振泉．胜利油田胜坨二区聚合物驱油的试验进展[J]．石油炼制与化工，2004，35(10) ：56．59．

[4]吕松涛．胜利油田微生物法丙烯酰胺及聚丙烯酰胺工艺设计[J]．石油规划设计，2003，14(3) ：17—20．

[5]Liu J, Xu R, Pan Y, et al. Biochemical Treatment of Wastewat er Containing Part ial l y Hydrol yzed Pol yacryl amide[J]. ASIAN JOURNAL OF CHEMISTRY, 2013, 25(12): 6939-6942.

[6]包木太,彭杰,陈庆国.微生物对聚丙烯酰胺降解作用的研究进展[J].中国化工贸易,2011,(9):2080-2086.