目前，我國(guó)聚合物驅(qū)油技術(shù)廣泛采用聚丙烯酰胺(PAM)，其產(chǎn)生的含有PAM的污水粘度大、水中油滴及固體懸浮物在PAM及其水解產(chǎn)物的作用下乳化穩(wěn)定性強(qiáng)，處理起來(lái)非常困難。隨著使用聚合物驅(qū)的三次采油新技術(shù)的推廣，三采污水量逐年增加，而外排污水中的PAM由于不能被完全降解而形成在環(huán)境中的累積效應(yīng)，進(jìn)而造成環(huán)境污染。因此，尋找一種高效、無(wú)二次污染的PAM降解方法是環(huán)境保護(hù)者研究的重要課題。
1油田含聚污水的處理現(xiàn)狀
采油污水經(jīng)處理后大部分作為回注水注入地層用于二次采油，部分排放或者作為蒸汽采油的鍋爐用水，不同用途的水處理要求不同，采用的方法也有區(qū)別。國(guó)內(nèi)大多數(shù)油田對(duì)于采油污水只做了一些簡(jiǎn)單的處理，這種處理后的污水往往很難達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于采油污水處理方面的研究工作開(kāi)展較少。
2聚丙烯酰胺的降解技術(shù)
PAM降解技術(shù)包括機(jī)械降解、熱降解、化學(xué)降解和生物降解等。
2．1機(jī)械降解
機(jī)械降解是采油含聚污水經(jīng)自然沉降、二次沉降和過(guò)濾，除去油滴及懸浮物。單純的物理方法不適宜處理含聚污水，對(duì)于環(huán)境的危害仍然存在，傳統(tǒng)的機(jī)械降解方法主要包括氣浮法、膜分離法和過(guò)濾法。
2．2熱降解
熱降解是PAM在熱作用下化學(xué)鍵發(fā)生斷裂。目前，對(duì)PAM熱降解的研究主要采用熱重分析和微分掃描量熱法，根據(jù)不同升溫速率下PAM的失重曲線判斷PAM的降解機(jī)理。
2．3化學(xué)降解
化學(xué)降解主要有氧化降解、光降解和光催化降解。(1)氧化降解是利用強(qiáng)氧化劑、光能或其它能量催化，較終將PAM氧化降解為無(wú)機(jī)物。目前研究較多的氧化劑有Fenton試劑r2]、高鐵酸鉀等。氧化法是一種潛在的、非常有發(fā)展前途的、對(duì)環(huán)境友好的含聚污水處理技術(shù)。
(2)光降解是利用自然光和紫外光照射使PAM降解。紫外光照射下，PAM會(huì)發(fā)生自由基鏈斷裂。在脈沖激光下也會(huì)引發(fā)PAM降解。
(3)光催化降解是在光催化過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)氧化性基團(tuán)，通過(guò)自由基可將很多難生物降解的物質(zhì)完全礦化。光催化降粘性能非常顯著，光照5～10rain，含PAM的油田污水的粘度下降至蒸餾水的粘度。
2．4生物降解
生物處理法作為對(duì)環(huán)境污染物高效的處理手段，由于其技術(shù)成熟、無(wú)二次污染、運(yùn)行費(fèi)用低廉，已經(jīng)在多種難降解污染物的無(wú)害化處理領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。生物處理法是去除廢水中有機(jī)污染物經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益較好、應(yīng)用較廣泛的廢水處理方法。
生物方法處理含聚污水主要是利用微生物通過(guò)其特定酶的作用，以PAM為營(yíng)養(yǎng)源，在其生長(zhǎng)和代謝過(guò)程中將PAM轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物和無(wú)機(jī)物。PAM的降解產(chǎn)物可作為細(xì)菌生命活動(dòng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，反過(guò)來(lái)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)又會(huì)促進(jìn)PAM的降解。
生物降解PAM主要受酸堿度、溫度、鹽分、氧、養(yǎng)料等因素的影響。生物法處理油田采出水大致可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。
(1)好氧生物處理方法主要有活性污泥法和生物膜法。在采油污水處理中應(yīng)用較多的工藝為間歇式活性污泥法，生物膜法主要有生物濾池、生物流化床和生物接觸氧化等。
(2)厭氧處理可以使高分子有機(jī)物質(zhì)降解為低分子的酸和醇類，并去除一部分的S卜，提高好氧可生化性。
2．5其它技術(shù)
近幾年來(lái)，研究者在PAM降解方面運(yùn)用了一些先進(jìn)的新技術(shù)，如超聲波技術(shù)、激光脈沖技術(shù)、超聲光催化技術(shù)等。
3生物降解聚丙烯酰胺的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)PAM的生物降解研究基本停留在初級(jí)階段。國(guó)外研究一般集中在PAM對(duì)土壤中微生物群落和土壤生態(tài)環(huán)境的影響以及作為絮凝劑沉淀后的廢渣對(duì)存放環(huán)境的影響。
1999年，黃峰等研究了硫酸鹽還原菌對(duì)PAM的降解。韓昌福等采用葡萄糖、酒石酸銨、苯甲醇、MgSO4、KH2PO4、VB、微量元素液為培養(yǎng)基，以黃孢原毛平革菌為菌種，在35℃經(jīng)21d培養(yǎng)出黃孢原毛平革菌，該菌對(duì)PAM具有特殊的酶催化降解能力。張英筠等lg培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)菌種在降解PAM的同時(shí)，可迅速降解掉脫落的丙烯酰胺單體，使降解過(guò)程不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。在美國(guó)組織的可持續(xù)環(huán)境中的生物技術(shù)大會(huì)上，提出了基因工程微生物、優(yōu)選微生物菌株和生物傳感技術(shù)中可利用菌株等三大較新發(fā)展技術(shù)領(lǐng)域。構(gòu)建含有功能基因并且具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的基因工程菌(GEM)是現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)的主要目標(biāo)之一。
尋找高效降解PAM的微生物是研究者下一步的工作目標(biāo)。隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)采油污水的處理和回用的要求將會(huì)13益提高。在原有的初級(jí)處理基礎(chǔ)上，結(jié)合油田實(shí)際情況增加深度處理單元可以進(jìn)一步凈化污水，滿足油田的發(fā)展需要。基于微生物自身的劉江紅等：油田含聚污水處理技術(shù)研究進(jìn)展／2011年囊1期特點(diǎn)，以及目前飛速發(fā)展的分子生物學(xué)技術(shù)和基因工程技術(shù)，微生物法必將成為解決PAM及其降解物引起的環(huán)境污染問(wèn)題的重要手段。
4微生物固定化技術(shù)
針對(duì)傳統(tǒng)生物處理技術(shù)的不足和缺點(diǎn)，近幾年，人們采用微生物固定化技術(shù)。微生物固定化技術(shù)是利用化學(xué)或物理手段將游離的細(xì)胞定位于限定的空間區(qū)域，并使之不懸浮于水仍保持生物活性、可反復(fù)利用的方法[7j。微生物固定化技術(shù)與其它環(huán)境治理技術(shù)相比，具有以下特點(diǎn)：(1)微生物固定化可以保持反應(yīng)器內(nèi)微生物的高濃度和高活性，有助于提高污染物的處理負(fù)荷和去除效率；(2)污泥產(chǎn)量低，減輕了后續(xù)污泥處置的負(fù)擔(dān)；(3)微生物固定化利于沉淀過(guò)程的泥水分離；(4)微生物固定化對(duì)有毒物質(zhì)的承受能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。在廢水生物治理領(lǐng)域中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力。
4．1微生物固定化的方法
微生物固定化方法分為吸附法、包埋法、包絡(luò)法、共價(jià)結(jié)合法和交聯(lián)法。
(1)吸附法
吸附法分為物理吸附和離子吸附。
物理吸附所使用的吸附劑有硅膠、活性炭、多孔玻璃、碎石、焦炭、硅藻土等。離子交換劑有DEAE一纖維素、CM-纖維素等。
(2)包埋法
包埋法是將微生物菌體包埋在半透性的聚合物凝膠或膜中，小分子的底物和產(chǎn)物可以自由出入，而微生物卻不會(huì)漏出。常用的包埋法固定微生物的載體材料有天然高分子多糖，如海藻酸鈣凝膠和卡拉膠及聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺等有機(jī)合成高分子材料。
(3)包絡(luò)法
包絡(luò)法可增大微生物的聚集密度并提高生物粒子承受水力負(fù)荷的能力。
(4)共價(jià)結(jié)合法
共價(jià)結(jié)合法固定化微生物穩(wěn)定性好，不易脫落但限制了微生物的活性，同時(shí)反應(yīng)激烈，操作與控制復(fù)雜苛刻。
(5)交聯(lián)法
交聯(lián)法是微生物通過(guò)與具有兩個(gè)或兩個(gè)以上官能基團(tuán)的試劑發(fā)生反應(yīng)，使微生物菌體相互連接成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而達(dá)到固定化微生物的目的。交聯(lián)劑比較昂貴，限制了該方法的應(yīng)用。
4．2微生物固定化的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，微生物固定化技術(shù)及其應(yīng)用研究已經(jīng)涉及到食品與發(fā)酵工業(yè)、化學(xué)合成工業(yè)、醫(yī)療診斷、環(huán)境凈化、能源開(kāi)發(fā)等各個(gè)領(lǐng)域。
楊基先等探索了采用微生物固定化技術(shù)除油的可能性；李偉光等利用活性炭為載體固定微生物處理含油廢水，結(jié)果表明，生物活性炭對(duì)污染物的去除率明顯高于顆粒活性炭，除油率和COD去除率分別提高28．8%和10．4％；與傳統(tǒng)工藝中的二級(jí)氣浮池相比，水中油類、COD、揮發(fā)酚、懸浮物等主要污染物質(zhì)的平均去除效率分別提高46％、39%、62%、25%。朱文芳等利用固定化除油菌處理含油廢水，結(jié)果表明，固定化微生物反應(yīng)器比相同條件下未經(jīng)固定化反應(yīng)器的除油效率提高約2O%。由此可見(jiàn)，微生物固定化技術(shù)在處理油田含聚污水領(lǐng)域有著良好的前景。
5結(jié)語(yǔ)
降解PAM的方法包括機(jī)械降解、熱降解、化學(xué)降解和生物降解。微生物降解PAM因高效、對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，必將成為解決PAM及其降解物引起的環(huán)境污染問(wèn)題的重要手段。目前，超聲波技術(shù)等一些降解PAM的新技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用。微生物經(jīng)固定化后，對(duì)有毒物質(zhì)的承受和降解能力明顯提高，在眾多的固定化方法中，包埋法有較好的綜合性能，應(yīng)用也較廣泛。微生物固定化技術(shù)在處理油田含聚污水領(lǐng)域有著良好的前景。