填埋场甲烷氧化-反硝化耦合途径及其生化机理研究

垃圾填埋场是最大的人为CH4释放源，与此同时，填埋场渗滤液经济、高效脱氮一直是困扰环保工作者的难题。本项目结合最新的科学发现和先进的分析手段，拟开展填埋场甲烷氧化-反硝化耦合途径及其生化机理研究。通过研究填埋体和填埋覆土中甲烷氧化-反硝化耦合反应器产物、反应速率和影响因素，确证甲烷氧化-反硝化途径；考察耦合反应的中间产物、CH4-C的生物细胞代谢及特征微生物的结构特征，探索甲烷氧化-反硝化耦合反应的生物化学机理。本研究将为开发填埋场中的C、N污染生物控制新技术提供理论支撑，为发展填埋场污染生物控制和管理技术提供新思路、新方向，具有重要的理论意义、学术价值和应用前景。

垃圾填埋场是最大的人为CH4释放源，与此同时，填埋场渗滤液经济、高效脱氮一直是困扰环保工作者的难题。本项目通过研究矿化垃圾和填埋覆土中甲烷氧化-反硝化耦合反应特性、反应速率和影响因素，确证甲烷氧化-反硝化途径；考察耦合反应的产物及特征微生物的结构特征，探索甲烷氧化-反硝化耦合反应的生物化学机理，为开发填埋场中的C、N污染生物控制新技术提供理论支撑。研究结果表明：（1）矿化垃圾和填埋覆土中都可进行好氧、缺氧甲烷氧化耦合反硝化，其影响因素有CH4、O2、NO3--N、含水率、粒径等。（2）矿化垃圾和填埋覆土中好氧甲烷氧化耦合反硝化中CH4随时间减少遵循一级动力学方程，当25%CH4、300 mg kg-1NO3--N的矿化垃圾中CH4减少符合Ct= 23.671e-0.005t（t单位为h，R2 = 0.931）；30%CH4，300 mg kg-1NO3--N填埋覆土中CH4减少符合Ct= 31.286e-0.0068t（t单位为h，R2 = 0.9626）。（3）矿化垃圾中甲烷好氧氧化耦合反硝化主要通过将CH4氧化为甲醇、甲酸等中间产物并作反硝化细菌的C源进行；而填埋覆土中则是添加NO3--N为甲烷氧化菌提供了N源，促进了甲烷氧化菌的生长，从而促进CH4氧化。（4）缺氧甲烷氧化耦合反硝化过程中，30%CH4，110 mg kg-1NO3--N矿化垃圾中CH4浓度随时间变化的一级动力学方程为Ct=27.394e-0.0016t（t单位为h，R2= 0.9443），缺氧甲烷氧化速率可达23 mg kg-1干土d-1，起作用的主要微生物类似于Candidatus Methylomirabilis oxyfera类细菌。（5）30%CH4，110 mg kg-1NO3--N填埋覆土中缺氧甲烷氧化耦合反硝化氧化CH4速率可达27.9mg kg-1干土 d-1。研究结果已发表论文3篇，培养青年教师3名，研究生4名，参加学术交流2人次，获批中央高校基金研究项目1项。