好氧生物反應(yīng)器填埋技術(shù)是垃圾衛(wèi)生填埋中最常見和最有效的技術(shù)之一。其通過滲濾液曝氣回灌使填埋場(chǎng)成為一個(gè)復(fù)合“凈化反應(yīng)器”,可加速場(chǎng)內(nèi)微生物降解有機(jī)質(zhì),去除氨氮等污染物。然而,在礦化垃圾填埋場(chǎng)中使用該技術(shù),存在有機(jī)質(zhì)含量低,無法徹底去除氮素的問題。并且,填埋場(chǎng)下層產(chǎn)生的甲烷,既增加“溫室效應(yīng)”又存在爆炸的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所劉曉風(fēng)課題組成員曹沁在前期的研究中發(fā)現(xiàn),礦化垃圾填埋場(chǎng)中甲烷氧化可有效耦合硝酸鹽的反硝化作用。并且,在不同氧氣濃度條件下,參與其耦合反應(yīng)的微生物種類不同。因此,通過同位素示蹤技術(shù)和高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)其耦合微生物和協(xié)作機(jī)理進(jìn)行了更深入的研究。通過同位素示蹤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微氧條件下,甲烷首先與氧氣反應(yīng),生成胞外有機(jī)產(chǎn)物,如乙酸、檸檬酸等。進(jìn)而這些有機(jī)產(chǎn)物作為碳源與硝酸鹽發(fā)生反硝化作用,并生成微量N2O。缺氧條件下,甲烷會(huì)執(zhí)行甲烷發(fā)酵作用,生成更豐富的有機(jī)中間產(chǎn)物,與硝酸鹽耦合發(fā)生反硝化作用。通過高通量測(cè)序和分析發(fā)現(xiàn),執(zhí)行微氧甲烷氧化耦合反硝化的主要功能微生物為甲烷氧化菌Methylomonas和甲基營(yíng)養(yǎng)型反硝化菌Methylotenera。而執(zhí)行缺氧甲烷氧化耦合反硝化的主要功能微生物為甲烷氧化菌Methylomonas和非甲基營(yíng)養(yǎng)型反硝化菌Thermomonas。國(guó)內(nèi)外研究主要集中在好氧甲烷氧化耦合反硝化,并報(bào)道其產(chǎn)物主要為CO2和N2。本研究的發(fā)現(xiàn)為微氧和缺氧條件下甲烷氧化耦合反硝化提供了更多理論基礎(chǔ),擴(kuò)展了礦化垃圾填埋場(chǎng)中的碳、氮循環(huán)。
本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(51478448)、應(yīng)用與環(huán)境微生物中心重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(KLCAS-2017-9)等的支持。相關(guān)科研成果“Stable-isotopic analysis and high-throughput pyrosequencing reveal the coupling process and bacteria in microaerobic and hypoxic methane oxidation coupled to denitrification”發(fā)表在Environmental Pollution期刊上。