生活垃圾卫生填埋场中汞的甲基化机制及调控

Mercury-containing waste enters into Municipal Solid Waste (MSW) landfills and endures physiochemical and biological transformation with MSW and other contaminants, forming methylmercury (CH3Hg). Most CH3Hg store in refuse, leading landfill an important reservoir of CH3Hg. However, the mercury methylation mechanism and the associated control in MSW are lack of understanding. The project will investigate the distribution of CH3Hg in different aged refuse and leachate using mercapto Cotton and Capillary Column Gas Chromatography, characterize the hgcAB genes expression levels and mercury methylation microbial community by qPCR and hgcAB clone library via high sequencing analysis, and elucidate the mercury methylation mechanism in MSW landfill. Meanwhile, the project will obtain the key environmental factors for CH3Hg control by correlation analysis and multivariate analysis of environmental factors with hgcAB of mercury methylation microbial community. Further, the key environmental factor will be verified by batch experiments. The findings will contribute the understanding of mercury methylation mechanism in landfill and provide strategy for CH3Hg control, closed landfill reuse and landfill resource recycle.

含汞废物随生活垃圾进入垃圾填埋场，随着垃圾及污染物共同进行物理化学生物转化，生成高毒性的甲基汞并结合有机质存储在垃圾中，导致生活垃圾卫生填埋场成为重要的甲基汞污染“汇”和“源”，但是填埋场中汞的甲基化机制不明，其污染控制鲜有研究。申请者以巯基棉富集-毛细柱气相色谱法分析填埋场不同填埋龄垃圾和渗滤液中甲基汞的水平特征，以荧光定量PCR和汞甲基化微生物功能基因hgcAB扩征文库多样性分析解析汞甲基化微生物功能基因水平表达和菌群结构，阐明垃圾填埋场中汞甲基化的机制；以相关性分析和多样性分析解析影响汞甲基化功能基因和菌群的关键环境因子，并进行验证，获得汞甲基化调控的关键环境因子。研究可为生活垃圾卫生填埋场中甲基汞的环境行为提供科学依据，并为其在填埋场场内控制提供途径，也为填埋场封场再利用的环境风险评估和垃圾资源化利用提供科学的依据。

汞(Hg)及甲基汞(MeHg)是优先控制污染物，其环境行为是全球研究热点。目前，汞和甲基汞环境行为研究在水稻土等环境介质得到极大关注，但是其在垃圾填埋场内部环境鲜有研究，而现有的相关研究集中在甲基汞化学浓度及反应速率上。本研究利用宏基因组技术，从功能基因层面开展总汞及甲基汞在垃圾填埋场内部的环境行为研究。.（1）首次系统的阐明了填埋场内部甲基汞的时空分布特征。纵向分布上， THg和MeHg浓度相对集中在填埋场中部（垃圾填埋龄为1.5-2.5年）；在水平分布上，THg和MeHg呈现局部富集特征。.（2）首次发现填埋场内部汞甲基化菌群为一种产甲烷古菌，并且验证了汞甲基化功能基因HgcA在垃圾降解的产甲烷阶段可以表达产生。通过汞甲基化功能基因HgcA序列分析，建立系统发育树，确定在填埋场内具有汞甲基化潜力的为Euryarchaeota中的Methanofollis。通过监测垃圾降解模拟生物反应器发现，HgcA功能基因在垃圾降解过程中的产甲烷阶段开始表达产生。.（3）全面的分析并验证了填埋场内部关键环境因子对汞甲基化过程的调控。结果发现可利用汞浓度含量是甲基汞浓度的先决因素；含水率（淹水条件）是控制汞甲基化过程及功能基因丰度的关键条件；HgcA基因丰度与MeHg浓度在统计学上未呈现相关性，这种不相关性是去甲基化过程和耐汞机制相互调节的结果。.（4）揭示了垃圾渗滤液中具有更为多样及丰富的汞甲基化功能菌群与功能基因。在属水平上，垃圾渗滤液中有Methanoculleus，Clostridium，Desulfuromonas，Geobacter四种被证实具有汞甲基化能力的菌属；垃圾渗滤液中古细菌中发现Methanoculleus，Methanomicrobiales， Methanofollis， Methanomassiliicoccus和Methanocorpusculum五种被鉴定具有汞甲基化能力的菌属，这其中仅有Methanofollis在垃圾填埋场内部被发现。.以上发现填补了填埋场内部汞甲基化菌群及功能基因相关研究的空白，为揭示汞甲基化机制提供科学依据，为阐明甲基汞的环境行为提供科学参考，同时，为垃圾填埋厂的风险评控和科学管理提供科学支持。本项目资助下发表SCI论文9篇，培养硕士研究生2名。