三氯乙烯胁迫下垃圾生物覆盖土的甲烷氧化活性及其微生物种群结构研究

【摘要】：由于填埋场覆盖土层中微生物氧化填埋气(landfill gas, LFG)中甲烷(CH4)是一个多种污染物介入下的CH4氧化过程,本研究选择LFG中主要挥发性有机污染物三氯乙烯(trichlorethylene, TCE)为目标污染物,以实验室自主开发的具有较高CH4氧化活性的垃圾生物覆盖土(WBS)为研究对象,研究了TCE胁迫下,WBS对CH4和TCE的净化效能及其微生物种群结构。主要结论如下： (1)随着LFG中TCE浓度的增大,WBS对TCE的吸附量逐渐增大,并且达到吸附平衡的时间也随之延长。LFG中TCE浓度在7000ppmv范围内,WBS对TCE的吸附在24h内基本都达到了平衡。WBS对LFG中TCE的吸附符合线性模型,吸附方程式为Cs=0.0144·C。,这表明WBS对TCE的吸附符合分配原理。 (2)温度、土壤含水率和粒径对TCE的吸附均有影响,其中温度是主导因素,对TCE的吸附影响最大,其次为土壤含水率和粒径。温度越低,土壤含水率越小,TCE吸附量越大。不同材料实验中,有机质含量较高的堆肥、污泥和WBS对TCE吸附量较高,而有机质含量较低的填埋场覆盖土(LCS)和砂土对TCE的吸附量较少,表现出TCE的吸附量与材料有机质含量间的正相关(r=0.707,P=0.01)。 (3)不同浓度气态TCE的胁迫会影响WBS的CH4氧化速率,表现为低浓度时,CH4氧化受到抑制,但是抑制程度并不明显；当气态TCE浓度高于500ppmv时,CH4氧化速率受到显著抑制；当TCE浓度高于7000ppmv时,CH4氧化速率变得很小。 (4)CH4和O2初始浓度为10%和21%,TCE浓度为-50ppmv胁迫下,54天的实验周期中,WBS和LCS的CH4氧化活性会受到一定程度的抑制。相较LCS而言,WBS具有较高的CH4氧化活性。低浓度TCE对WBS的CH4氧化活性的抑制并不明显,50ppmv浓度的气态TCE长期胁迫下,WBS的CH4氧化活性才会表现出显著抑制作用。在CH4存在下WBS和LCS对TCE都具有一定的降解能力,且随着TCE浓度的增加TCE降解速率增大,其中WBS具有较高的TCE降解性能。 (5) pmoA基因Q-PCR分析表明WBS中甲烷氧化菌的数量比LCS中大约高两个数量级。两种土壤中皆含有丰富的Ⅰ型(Methylocaldum Methylosarcina和Methylobacter)和Ⅱ型(Methylocystis)甲烷氧化菌,其中WBS中Ⅰ型甲烷氧化菌Methylocaldum属和Methylobacter属占优势,LCS中Ⅱ型甲烷氧化菌Methylocystis属占优势。在WBS中Methylobacter属相对丰度与TCE降解效率显著正相关(r=0.89)。这表明在WBS中Methylobacter属在TCE降解中可能扮演着重要的角色或该属能耐受较高浓度的TCE。 【关键词】：填埋场 生物覆盖土 填埋气 三氯乙烯 CH_4氧化 甲烷氧化菌
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X172;X705
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 目录11-13
• 1 引言13-26
• 1.1 LFG的产生、成分和环境影响13-15
• 1.2 LFG处置方式15-17
• 1.2.1 源头减排15
• 1.2.2 能源回收15-16
• 1.2.3 末端控制16-17
• 1.3 填埋场覆盖土层中甲烷生物氧化17-22
• 1.3.1 甲烷氧化菌17-18
• 1.3.2 甲烷氧化菌共代谢非甲烷类有机物18-19
• 1.3.3 影响CH_4氧化活性的因素19-22
• 1.4 分子生物学技术在甲烷氧化菌生态研究中的应用22-25
• 1.5 研究内容和意义25-26
• 2 WBS对LFG中TCE的吸附特性研究26-37
• 2.1 材料和方法26-30
• 2.1.1 实验材料26-27
• 2.1.2 WBS对气态TCE的吸附动力学实验27-28
• 2.1.3 环境因子对气态TCE吸附的影响28-29
• 2.1.4 LFG中其它组分对WBS吸附脱除TCE的影响实验29
• 2.1.5 不同覆盖材料对LFG中TCE的吸附性能实验29-30
• 2.2 结果和讨论30-36
• 2.2.1 WBS对LFG中TCE的吸附动力学30-32
• 2.2.2 环境因子对WBS吸附LFG中TCE性能的影响32-35
• 2.2.3 LFG中其他组分对WBS吸附脱除TCE性能的影响35
• 2.2.4 不同覆盖材料对LFG中TCE的吸附性能35-36
• 2.3 本章小结36-37
• 3 TCE胁迫下覆盖土的CH_4氧化性能研究37-44
• 3.1 材料和方法38-39
• 3.1.1 实验材料38
• 3.1.2 TCE短期胁迫对WBS的CH_4氧化能力性能的影响实验38
• 3.1.3 TCE长期胁迫实验38-39
• 3.2 结果和讨论39-43
• 3.2.1 TCE短期胁迫下WBS的CH_4氧化速率39-40
• 3.2.2 长期TCE胁迫下CH_4氧化速率变化40-41
• 3.2.3 长期TCE胁迫下TCE降解速率41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 WBS中甲烷氧化菌种群结构对TCE的响应研究44-55
• 4.1 材料和方法44-46
• 4.1.1 土壤DNA提取和qPCR44-45
• 4.1.2 T-RFLP分析45-46
• 4.1.3 克隆文库和系统发育树构建46
• 4.2 结果和讨论46-54
• 4.2.1 甲烷氧化菌数量的变化46-47
• 4.2.2 TCE浓度对甲烷氧化菌群落多样性的影响47-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 结论和展望55-57
• 5.1 主要结论55-56
• 5.2 创新点56
• 5.3 展望56-57
• 参考文献57-69
• 攻读硕士期间研究成果与个人荣誉69

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