生活垃圾填埋场甲烷厌氧氧化过程发生机制及微生物作用机理研究

Bio-oxidation of methane plays important roles on the control of released methane in landfill sites, and most relative biological technologies have been developed based on aerobic oxidation of methane. But much methane oxidation in various environments regarded as completed through aerobic oxidation of methane now has been approved to be carried out by anaerobic oxidation of methane(AOM). Recent researches have suggested AOM occurred within the closed landfill site and the nearby environment, but no further study about this is reported. This project is about anaerobic oxidation of methane progress within closed landfill sites, mainly including: measuring the rate of AOM in closed landfill and analyzing its influencing factors; identifying and analyzing the type of AOM within landfill sites and AOM-associated icroorganisms. Results of this project will be helpful to further recognize carbon circulation progress during waste anaerobic decomposing and find new way to reduce methane emission, and it is also advantageous for the development of pollution disposal technologies which are useful in anaerobic environment.

甲烷的生物氧化对控制和减少生活垃圾填埋场的甲烷排放有重要意义，现有的生物减排技术多是基于填埋场表层覆盖土的甲烷好氧氧化过程。已有研究表明，一些环境中原来被认为是通过好氧氧化消耗的甲烷实际是由微生物厌氧氧化过程消耗的。封场后的填埋场内部普遍存在缺氧区，也有研究表明在填埋场及其附近环境存在甲烷的厌氧氧化，但目前对填埋场内部甲烷厌氧氧化过程的研究很少。本项目采用放射性同位素示踪结合现代分子生物学等技术方法深入研究填埋场内部的甲烷厌氧氧化过程及其微生物机理。主要研究生活垃圾稳定化过程中的甲烷厌氧氧化速率，及其主要影响因素；论证填埋场内部甲烷厌氧氧化的生物途径，分析参与该过程的功能微生物种群结构；提出基于甲烷厌氧氧化的填埋场甲烷通量调控方法和途径。研究结果可以加深对填埋场碳循环过程和自然界甲烷厌氧氧化过程的理解和认识，为填埋场甲烷通量调控提供新方向，并有利于促进厌氧环境污染治理技术的发展。

甲烷的生物氧化对控制和减少生活垃圾填埋场的甲烷排放有重要意义，有研究表明在填埋场及其附近环境存在甲烷的厌氧氧化，但现有对填埋场内部甲烷厌氧氧化过程的研究很少。本项目采用实验室模拟填埋场环境，利用化学反应计量学结合现代分子生物学等技术方法，研究生活垃圾稳定化过程中的甲烷厌氧氧化速率和影响因素，判定填埋场内部甲烷厌氧氧化的生物途径，分析相关功能微生物的种群结构，促进对填埋场碳循环过程和甲烷厌氧氧化过程的理解和认识。.研究通过实验室模拟填埋场环境，证明了填埋场环境中厌氧甲烷氧化（AOM）过程的存在，测定了封场初期有机物的厌氧甲烷氧化率。通过关联填埋柱中渗滤液理化性质和厌氧甲烷氧化率的变化，分析了填埋场AOM过程的影响因素，环境中硫酸盐、硝酸盐和填埋气中甲烷浓度对AOM的正效应。通过向模拟填埋柱中通入填埋气研究了填埋场上层垃圾的甲烷厌氧氧化率时间变化特点，发现了底部填埋气对上层有机物降解过程的影响。.研究发现了利用渗滤液接种培养填埋场环境的甲烷氧化微生物的方法，能有效富集甲烷氧化微生物，培养液的厌氧甲烷氧化速率达到5.24 mol mL-1d-1，相关方法已申请专利。利用宏基因测序和16S rRNA基因序列分析揭示了填埋场环境中的甲烷氧化相关菌群，发现Moheibacter和Cupriavidus是厌氧氧化中最主要的种群，还检测到了好氧甲烷氧化菌Methylocaldum和Methylocystis。相关结果已发表论文1篇。.化学计量学分析的结果表明填埋场环境AOM机理的复杂性，存在SAOM、DAOM和高价金属离子耦合AOM多种途径，还有可能包括好氧甲烷氧化菌参与。好氧甲烷氧化菌在填埋场中的作用需要进一步研究。