隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，溫室效應(yīng)所引發(fā)的全球變暖和生態(tài)惡化已經(jīng)成為威脅人類生存和發(fā)展的重大問題。甲烷是引起溫室效應(yīng)的一種重要氣體，它引起的溫室效應(yīng)是同等質(zhì)量二氧化碳的20-30倍，并且垃圾填埋場是甲烷的重要生物釋放源之一，其每年甲烷排放總量為20-70Tg。由此可見，有效控制填埋場甲烷排放對抑制全球變暖具有十分重要的意義。與此同時，在具有滲濾液回灌的垃圾填埋場中，去除氨氮的同時，硝酸鹽的濃度較高。已有研究表明，甲烷氧化可耦聯(lián)反硝化進(jìn)行同步的甲烷和硝酸鹽污染去除。然而，對于填埋場中甲烷氧化能否耦聯(lián)反硝化的微生物生化途徑研究目前非常缺乏。
針對垃圾填埋場甲烷溫室氣體及滲濾液中硝酸鹽污染，成都生物研究所劉曉風(fēng)課題組成員曹沁圍繞垃圾填埋場中的甲烷氧化耦聯(lián)反硝化開展了一系列研究。甲烷氧化耦聯(lián)反硝化在不同的氧濃度下會通過不同的微生物協(xié)作，以不同的反應(yīng)路徑來完成。為了對這些協(xié)作微生物進(jìn)行研究，并且探究其協(xié)作機(jī)理，首先，對垃圾填埋場不同深度進(jìn)行采樣接種至滲濾床生物反應(yīng)器中，構(gòu)建微氧和缺氧兩個系統(tǒng)。通入甲烷并增加硝酸鹽負(fù)荷，富集功能微生物，并研究其甲烷氧化和硝酸鹽去除的效率。其次，將富集物接種至血清瓶中進(jìn)行批試研究，計算其碳氮平衡，推導(dǎo)不同系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)公式。結(jié)合高通量測序?qū)δ芪⑸锏姆治龅贸?，甲烷氧化菌（Methylobacter and Methylomonas）在微氧系統(tǒng)中，利用氧氣作為電子受體氧化甲烷，釋放出胞外有機(jī)物，并且該類胞外有機(jī)物被反硝化細(xì)菌（Methylophilaceae）利用完成反硝化作用。而在缺氧系統(tǒng)中，甲烷氧化菌可以直接利用硝酸鹽作為電子最終受體氧化甲烷，同時實現(xiàn)硝酸鹽的還原，還原最終產(chǎn)物多數(shù)為氧化亞氮。該耦合反應(yīng)的研究不僅擴(kuò)展了填埋場中碳、氮循環(huán)的路徑，并且對填埋氣和滲濾液共同處理提供了新的思路和理論基礎(chǔ)。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（51478448）、應(yīng)用與環(huán)境微生物中心重點實驗室開放基金（KLCAS-2017-9）等的支持。相關(guān)科研成果“Methane oxidation coupled to denitrification under microaerobic and hypoxic conditions in leach bed bioreactors”發(fā)表在Science of the Total Environment 期刊上。