聚丙烯酰胺的微生物強化降解與系統(tǒng)研究.pdf

1、聚丙烯酰胺（PAM）是一種水溶性線性聚合物。在被廣泛應(yīng)用的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。生物電催化系統(tǒng)(BES)作為一種新型污水處理技術(shù)，可以利用產(chǎn)生生物電的過程有效地提高有機物的降解效率。本課題構(gòu)建了用于降解PAM類水溶高聚物的BES，綜合運用電化學(xué)、分析化學(xué)以及微生物學(xué)的多種方法和手段，深入探索了PAM的降解途徑以及生物電對PAM降解的強化機制。
　　首先采用分子量為5×106，水解度為25％的部分水解PAM(HPAM)作

2、為底物在BES反應(yīng)器中培養(yǎng)和馴化用于降解HPAM的電活性微生物群落。結(jié)果表明，BES陽極室中附著在電極上的和浮游的微生物都具有獨自利用HPAM產(chǎn)電的能力，而附著在電極上的微生物具有更強的代謝底物與電子傳導(dǎo)能力。HPAM的濃度會對BES的產(chǎn)電性能產(chǎn)生影響，當(dāng)HPAM的濃度在500 mg L-1時，最大電流密度可達(dá)110 mAm-2。
　　BES閉路運行時，溶液中氨氮降到0.1±0.08 mg L-1。同時，COD從933±12 mg

3、L-1降到630±4 mg L-1，降解率達(dá)32.5％。粘度從23.01±0.15 mPa s降到21.00±0.10 mPa s。BES開路時，溶液中的氨氮基本穩(wěn)定在1.2 mg L-1，溶液的粘度只有很小的變化，并且COD的降解率只有7.4％。說明生物電的產(chǎn)生對于HPAM的降解具有明顯的強化效應(yīng)。
　　采用凝膠色譜、核磁、紅外、光電子能譜等手段對HPAM的降解產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果表明BES中陽極微生物通過部分水解側(cè)鏈的酰胺

4、基團(tuán)獲得生長所需要的氮源，而HPAM的主鏈則是被微生物部分降解，從而使聚合物的分子量下降。HPAM的主鏈降解并不是以鏈裂解的方式進(jìn)行，而是一個鏈縮短的過程，該過程伴隨著醚鍵的產(chǎn)生。基于結(jié)構(gòu)分析，提出了微生物對HPAM的進(jìn)攻發(fā)生在碳主鏈的“頭-頭”聯(lián)接處。該處的兩個α-[-(C)H-]首先被氧化成[-(C)-OH]，之后在[-CH2～(C)-OH]處斷裂，產(chǎn)生的小分子有機酸進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)供微生物代謝，然后兩個[-CH2-OH]之間發(fā)生脫

5、水反應(yīng)生成醚鍵將開裂處重新聯(lián)接。
　　分別采用分子量為5×106的聚丙烯酸鈉(PAA)和分子量為5×106的PAM在BES中進(jìn)行降解，研究PAM側(cè)鏈基團(tuán)(-COOH，-CONH2)對降解的影響。PAA和PAM具有相類似的降解效率，表明側(cè)鏈基團(tuán)不是決定微生物降解的關(guān)鍵因素。分子量為1.0×105、1.5×106的PAM都可以被微生物部分降解，而且其降解都是產(chǎn)生醚鍵的鏈縮短過程，進(jìn)一步證明了前面提出的降解機制，即微生物只能進(jìn)攻PAM主