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聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性线性聚合物。在被广泛应用的同时,也带来了严重的环境污染问题。生物电催化系统(BES)作为一种新型污水处理技术,可以利用产生生物电的过程有效地提高有机物的降解效率。本课题构建了用于降解PAM类水溶高聚物的BES,综合运用电化学、分析化学以及微生物学的多种方法和手段,深入探索了PAM的降解途径以及生物电对PAM降解的强化机制。首先采用分子量为5×106,水解度为25%的部分水解PAM (HPAM)作为底物在BES反应器中培养和驯化用于降解HPAM的电活性微生物群落。结果表明,BES阳极室中附着在电极上的和浮游的微生物都具有独自利用HPAM产电的能力,而附着在电极上的微生物具有更强的代谢底物与电子传导能力。HPAM的浓度会对BES的产电性能产生影响,当HPAM的浓度在500 mg L-1时,最大电流密度可达110 mAm-2。BES闭路运行时,溶液中氨氮降到0.1±0.08 mg L-1。同时,COD从933±12 mgL-1降到630±4 mg L-1,降解率达32.5%。粘度从23.01±0.15 mPa s降到21.00± 0.10mPa s。BES开路时,溶液中的氨氮基本稳定在1.2 mg L-1,溶液的粘度只有很小的变化,并且COD的降解率只有7.4%。说明生物电的产生对于HPAM的降解具有明显的强化效应。采用凝胶色谱、核磁、红外、光电子能谱等手段对HPAM的降解产物进行了结构表征。结果表明BES中阳极微生物通过部分水解侧链的酰胺基团获得生长所需要的氮源,而HPAM的主链则是被微生物部分降解,从而使聚合物的分子量下降。HPAM的主链降解并不是以链裂解的方式进行,而是一个链缩短的过程,该过程伴随着醚键的产生。基于结构分析,提出了微生物对HPAM的进攻发生在碳主链的1“头-头”联接处。该处的两个α-[-CH-]首先被氧化成[-C-OH],之后在[-CH2～C-OH]处断裂,产生的小分子有机酸进入微生物细胞内供微生物代谢,然后两个[-CH2-OH]之间发生脱水反应生成醚键将开裂处重新联接。分别采用分子量为5×106的聚丙烯酸钠(PAA)和分子量为5×106的PAM在BES中进行降解,研究PAM侧链基团(-COOH,-CONH2)对降解的影响。PAA和PAM具有相类似的降解效率,表明侧链基团不是决定微生物降解的关键因素。分子量为1.0×105、1.5×106的PAM都可以被微生物部分降解,而且其降解都是产生醚键的链缩短过程,进一步证明了前面提出的降解机制,即微生物只能进攻PAM主链上的“头-头”联接键。