准好氧垃圾填埋层内甲烷氧化行为的微生物学机制及其应用基础研究

准好氧填埋作为一种新型的填埋工艺，其对于温室气体甲烷的减排效果已经得到证实，但准好氧垃圾填埋层内的甲烷氧化行为及其机制还缺乏认识。本研究拟建立准好氧填埋模拟装置，定期采集不同填埋区域的渗滤液和垃圾，采用分子生态学方法监测甲烷氧化菌的种群结构及其动态变化，并测定甲烷氧化单加氧酶(MMO)的活性；定期采用静态箱/气相色谱法监测不同区域甲烷、氧气和二氧化碳的通量，采用甲烷氧化抑制和13C同位素示踪的方法原位测定其甲烷氧化能力，分析甲烷氧化能力与甲烷氧化菌种群结构和MMO活性的关系，揭示准好氧垃圾填埋层甲烷氧化的微生物学机制。另外，分批实验模拟准好氧垃圾填埋层内渗滤液和填埋气等复合因素对于甲烷氧化菌种群结构、MMO活性及其氧化能力的影响；同时筛选高效的甲烷氧化菌群。在此基础上，通过改造填埋结构，渗滤液回流接种和影响因子调控等措施构建并维持高效的甲烷氧化菌群，强化准好氧垃圾填埋层内的甲烷氧化能力。

垃圾填埋场是重要的甲烷释放源之一。目前，我国城市生活垃圾清运量在1.56亿吨/年左右，且多采用厌氧型填埋处理。现阶段的国情和生活垃圾的特点决定了我国中小型填埋场产生的甲烷没有得到有效的控制。因此，开展准好氧填埋工艺的甲烷氧化机制研究具有重要意义。.本研究采用PCR-DGGE方法研究了准好氧垃圾填埋层内甲烷氧化菌种群结构，结合静态箱/气相色谱法和室内培养分析了填埋垃圾的甲烷通量和甲烷氧化能力及其影响因素，掌握了强化甲烷氧化作用的控制条件，并开展了导气管道设计和渗沥液回灌等参数优化，提出了基于准好氧填埋场甲烷释放控制的建议及措施。本项目研究主要获得以下结论：.（一）填埋初始阶段，准好氧和厌氧填埋场中细菌的群落多样性和种群丰度具有较高的相似性；填埋稳定阶段，准好氧填埋场中细菌的群落多样性和种群丰度则显著高于厌氧填埋场。准好氧填埋场中含有大量的甲烷氧化菌（包括：Mehylocaldum、Methylobacter、Methylocystis等，其中Methylocaldum（sp.05J-I-7）仅在准好氧填埋场中发现），且所含甲烷氧化菌的群落结构相似性较高。填埋初期和稳定期，准好氧场中甲烷氧化菌的数量分别高于厌氧填埋场的48和59倍，这对于准好氧填埋工艺的甲烷减排具有重要意义。此外，准好氧填埋场中甲烷氧化菌的多样性和丰度还受到填埋时间和距离导气管距离的影响。.（二）不同材料的甲烷氧化能力：陈腐垃圾>老覆土>堆肥>新覆土。此外，甲烷氧化的最佳含水率和最佳温度分别为20%和25℃左右。甲烷氧化菌含量：陈腐垃圾>老覆土>堆肥>新覆土，即材料甲烷氧化能力与甲烷氧化菌含量显著相关。.（三）准好氧填埋体的耗氧半径为7.3m，是导气管半径是97.3倍，是石笼半径的36.5倍。因此，通过准好氧填埋结构的优化设计可以抑制甲烷气体的产生，强化甲烷氧化作用。.（四）充分利用填埋体好氧/厌氧结构，将渗滤液回流至好氧区域，保证该区域较好的水分和养分条件，最大限度的发挥其甲烷氧化能力。.（五）准好氧填埋场表面甲烷气体通量随着距离导气距离的增加呈指数函数递减，即甲烷释放主要集中在导气管附近。此外，甲烷释放通量随着填埋时间的增加呈现先增加后降低的趋势。根据填埋堆体甲烷气体产生/氧化平衡分析，为了有效减少甲烷气体排放，好氧区域和厌氧区域的比值应为0.67，即导气管之间的距离应约为23.0m。