甲烷氧化菌在填埋场覆盖层的工程应用 (Ⅰ):分离与筛选

选取了湖泊底泥、矿化垃圾、覆盖土和好氧污泥4种填埋场周边易得基质为分离源,采用驯化、传代培养、甲烷氧化能力及适应性等方法进行了适合于填埋场覆盖层应用的甲烷氧化菌的筛选研究.结果表明,从好氧污泥中分离得到的甲烷氧化菌较其它分离源得到的甲烷氧化菌具有更高的甲烷氧化活性(2461.29μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同)和甲烷氧化速率增幅(1045.56μg·h-1·g-1,以每g干污泥每小时氧化的CH4量(μg)计,下同),接种后能显著提高覆盖材料的甲烷氧化能力(p0.05),且不受CH4浓度的抑制.源自好氧污泥的甲烷氧化菌具有生长迟滞期短、生长速率高等特点,对填埋场的甲烷削减更具适应性,有利于工程扩大应用.     

生物炭填埋场土壤覆盖层的甲烷减排性能和生物特征

覆盖土的组分与甲烷生物氧化潜力效率密切相关.将水稻秸秆生物炭与填埋场覆盖层土壤以一定的比例混合后填充入覆盖层模拟柱,形成生物炭土壤覆盖层模拟柱(RB),同时设置土壤覆盖层模拟柱(RS)为对照组,考察生物炭的添加对覆盖层的甲烷减排性能和生物特征的影响.结果表明:RB的甲烷减排性能提升较快,第81d时进气中99%的甲烷已被去除,RS在第95d时才达到99.16%的甲烷减排率;RS上、中、下3层的优势甲烷氧化细菌(MOB)为Methylocaldum,而RB的上层和中层为Methylobacter,下层则为Methylocaldum.至试验末期时,RS在上、中、下3层的总MOB相对丰度分别为9.05%、5.95%和42.12%,RB则分别为50.81%、42.67%和31.41%.同时在RS和RB中均检测出厌氧甲烷氧化古菌.由此表明生物炭的添加改变了填埋场土壤覆盖层的菌属分布,促进了MOB的生长,提高了甲烷减排性能.     

碳、氮物质对水稻田土壤甲烷氧化活性影响的研究

研究了碳素和氮素物质对黄松田土壤中甲烷氧化菌种群及其甲烷氧化活性的影响，结果表明，加入不同碳素或氮素物质对黄松田土中甲烷氧化菌种群的数量变化无显著性影响，但对土壤氧化外源甲烷烷尖性却具有显著性影响，且不同浓度的同一物质对黄松田土壤氧化外源甲烷速率的影响也不相同，甲烷氧化代谢途径中的中间产物（甲醇和甲酸）较非甲烷氧化代谢途径中的中间产物和能促进土壤产甲烷菌产甲烷活性的碳源物质（酵母膏，葡萄糖和乙酸）可更强烈地抑制土壤氧化外源甲烷的活性，有机氮素物质对黄松田土的甲烷氧化速率的影响要较无机氮素质质弱，在无机氮素物质中，硝酸盐对土壤氧化外源甲烷活性的抑制强度要强于铵盐类物质，NH3要比NH^ 4对甲烷氧化菌的甲烷氧化活性具有更强的抑制作用，一旦黄松田土的甲烷氧化活性受到碳，氮物质的抑制，恢复其氧化外源甲烷活性就需要较长时间，且受到抑制的过程越,恢复所需时间也越长。     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

长期不同施肥对暗棕壤甲烷氧化菌群落特征与功能的影响

不同施肥方式对我国旱地农田土壤甲烷氧化影响的微生物机制尚不明确.本研究利用PCR-DGGE和实时荧光定量PCR技术,结合甲烷氧化速率和土壤性质测定,探索了长期不同施肥条件下暗棕壤的"土壤性质-甲烷氧化菌群落特征-土壤甲烷氧化速率"关系.结果表明,有机肥和无机肥配施处理显著降低了土壤甲烷氧化速率,降幅为61.2%,而单独施用有机肥或无机肥对暗棕壤甲烷氧化速率的影响不显著;与对照相比,有机肥处理土壤甲烷氧化菌多样性指数增加91.9%,有机肥和无机肥配施处理增加102.5%,而单施无机肥后土壤甲烷氧化菌多样性指数变化不明显;有机肥处理土壤的pmoA基因丰度显著增加,平均pmoA基因丰度为不施用有机肥的12.7倍;土壤甲烷氧化速率与甲烷氧化菌的群落结构和比活性呈显著正相关,相关系数分别为0.363和0.684,但与甲烷氧化菌群落丰度和多样性不相关;甲烷氧化菌的群落结构和比活性与土壤pH值、全氮和有机质含量呈显著正相关.上述结果说明,长期不同施肥可以通过改变暗棕壤的pH值、全氮和有机质含量等土壤性质,改变甲烷氧化菌群落结构和比活性,进而影响土壤甲烷氧化速率;有机肥和无机肥配施土壤甲烷氧化菌多样性和丰度大幅度增加,而甲烷氧化速率却显著降低,说明有机肥和无机肥配施土壤中只有部分微生物发挥了甲烷氧化活性,但有待进一步研究.     

甲烷氧化菌在填埋场覆盖层中的工程应用(Ⅱ):基质选择性及长效性

针对已筛选获得的甲烷氧化混合菌,选取填埋场覆盖土(LCS)、矿化垃圾(AR)和塘渣(TZ)3种填埋场周边易得的材料为供试生存基质,从基质选择性及长效性角度进行了甲烷减排应用条件的探究及使用效能评估.结果表明,在TZ、LCS、AR、TZ-AR和LCS-AR这5种生存基质中,TZ-AR最适合甲烷氧化混合菌的生长,且TZ与AR的复配比例以5∶5为最佳.甲烷氧化混合菌在TZ-AR的粒径≤4 mm和含水率为20%时具有最高甲烷氧化能力.一次性接种甲烷氧化混合菌在静态体系中的最佳使用有效期为31 d.其在接种量为0.08、0.16、0.20 m L·g-1和0.25m L·g-1时甲烷氧化速率无明显差异,从工程应用角度而言,8%的接种量为最佳.     

庭院垃圾对填埋场甲烷的减量化研究

将熟化时间为24个月和2个月的庭院垃圾分别用于建设0.9 m厚的1#和2#两个生物覆盖层单元,并进行了为期15个月的野外试验,以验证庭院垃圾能否作为生物覆盖层材料用于减少垃圾填埋场甲烷的排放,以及利用同位素和质量守恒方法量化生物覆盖层对垃圾填埋场甲烷的氧化能力.结果表明,两个生物覆盖层对甲烷的氧化能力在建设初期达到整个观测期的最高值,分别为(141±10)g·m-2·d-1和(197±27)g·m-2·d-1,随后生物覆盖单元的甲烷氧化能力随季节交替降低至18~120 g·m-2·d-1和23~70 g·m-2·d-1.试验的中后期,在两个生物覆盖单元中均观测到明显数量的甲烷产出.试验结果表明24个月和2个月熟化时间的庭院垃圾作为生物覆盖填料,均具有较好的甲烷减量化能力,但所含不稳定有机质在厌氧条件下的降解会造成额外的甲烷释放.除此之外,在利用质量守恒方法量化甲烷氧化率时,忽略非甲烷氧化菌的呼吸作用会高估庭院垃圾对甲烷的减量化能力.     

驯化矿化垃圾CH4氧化速率和N2O释放研究

利用畜禽废水驯化矿化垃圾,并将其与原生矿化垃圾和粘土对比,分析了土壤理化性质、含水率、温度等对CH4氧化能力和N2O释放的影响.研究表明:驯化矿化垃圾对CH4的氧化能力(15.48 μmol·g-·h-1)明显高于原生矿化垃圾和所选粘土土样;材料的粒径尺寸、有机质、氨氮硝化率及硝态氮生成率均与CH4氧化能力有着显著的正相关性;驯化矿化垃圾在加入蒸馏水后释放大量的N2O,产生N2O的量是原生矿化垃圾的2倍,并且比粘土高一个数量级.由于驯化矿化垃圾对环境的适应能力强,CH4氧化能力高,进而能够减少温室气体排放,可作为一种较为理想的填埋场覆土材料.     

垃圾填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力与甲烷氧化菌定量分析

分别采用厌氧瓶培养方法和荧光定量PCR技术定量测试了6种典型填埋场覆盖材料的甲烷氧化能力和甲烷氧化菌数量,并分析了典型覆盖材料甲烷氧化能力与甲烷氧化菌含量及物料特性的相关关系。结果表明:厌氧填埋陈腐垃圾、准好氧填埋陈腐垃圾和老覆土的甲烷氧化速率约高于粪便堆肥和垃圾堆肥1个数量级,约高于新覆土2个数量级;厌氧和准好氧填埋陈腐垃圾的甲烷氧化菌含量约高于老覆土和粪便堆肥1个数量级,约高于垃圾堆肥和新覆土2个数量级。覆盖材料的甲烷氧化菌数、甲烷氧化速率与物料填埋或驯化时间呈极显著正相关(p<0.01);甲烷氧化菌数与覆盖材料的甲烷氧化速率、含水率、总氮呈显著性正相关(p<0.05);覆盖材料的甲烷氧化速率与其理化性质之间无明显相关性,而是与覆盖材料本身的甲烷氧化菌含量显著相关。     

垃圾填埋场覆土层Ⅱ型甲烷氧化菌的群落结构

采用基于16S rDNA 的变性凝胶梯度电泳(DGGE)技术研究了生活垃圾卫生填埋场和生物反应器填埋场覆土中Ⅱ型甲烷氧化菌群落结构,比较了不同填埋操作方式对Ⅱ型甲烷氧化菌的影响.结果表明,覆土铺有HDPE 膜、无填埋气体渗入的填埋覆土中未发现Ⅱ型甲烷氧化菌;而有填埋气体渗入时,进行渗滤液亚表面灌溉的生物反应器填埋场,无论是否同时进行层内回灌,其覆土中均检测到甲烷孢囊菌(Methylocystis).卫生填埋场填埋龄长达5a 的填埋覆土中发现了甲基弯菌(Methylosinus),填埋龄较低的填埋场覆土中未发现II 型甲烷氧化菌.渗滤液亚表面灌溉及长时间填埋气体驯化能促进Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.有机质等营养物质丰富而NH4+-N浓度较低的填埋覆土有利于Ⅱ型甲烷氧化菌的生长.     

改性凹凸棒土对染料废水脱色初步实验

以凹凸棒土为原料,通过复配造粒、热处理的方法对凹凸棒土进行改性,并用改性后的凹凸棒土对染料废水进行处理。考察了pH值、凹凸棒土用量及吸附时间等因素的影响,探索了最佳工艺条件。结果表明,改性后的凹凸棒土吸附性能有了明显改善,对染料废水进行处理,脱色率可达99%以上,处理废水量与吸附剂比为670颐1,且其原料价廉易得、工艺简单、成本低,是一种较好的脱色吸附剂。     

Degradation of 14C-glyphosate and aminomethylphosphonic acid (AMPA) in three agricultural soils

Glyphosate (N-phosphonomethyl glycine) is the most used herbicide worldwide. The degradation of 14C-labeled glyphosate was studied under controlled laboratory conditions in three di erent agricultural soils: a silt clay loam, a clay loam and a sandy loam soil. The kinetic and intensity of glyphosate degradation varied considerably over time within the same soil and among di erent types of soil. Our results demonstrated that the mineralization rate of glyphosate was high at the beginning of incubation and then decreased with time until the end of the experiment. The same kinetic was observed for the water extractable residues. The degradation of glyphosate was rapid in the soil with low adsorption capacity (clay loam soil) with a short half-life of 4 days. However, the persistence of glyphosate in high adsorption capacity soils increased, with half-live of 19 days for silt clay loam soil and 14.5 days for sandy loam soil. HPLC analyses showed that the main metabolite of glyphosate, aminomethylphosphonic acid (AMPA) was detected after three days of incubation in the extracts of all three soils. Our results suggested that the possibility of contamination of groundwater by glyphosate was high on a long-term period in soils with high adsorption capacity and low degrading activities and/or acid similar to sandy loam soil. This risk might be faster but less sustainable in soil with low adsorption capacity and high degrading activity like the clay loam soil. However, the release of non-extractable residues may increase the risk of contamination of groundwater regardless of the type of soil.     

废弃钻井液作为沙漠改良剂的应用研究

油气田开发产生的废弃钻井液具有富含水、有机质和黏粒的特点,是改良沙漠土壤的有用成分,可用来提高沙漠土壤团粒和黏粒数量,提高土壤肥力。探讨了一种既能实现在沙漠、半沙漠草地环境下对废弃钻井液实现环境友好处理,又能提高沙漠土壤保水、保肥和增肥能力的沙漠改良技术。     

泰山山前平原三种土地利用方式下土壤结构特征及其对土壤持水性的影响

不同土地利用方式因其植被和管理方式差异影响土壤结构特征而改变土壤持水性。选择泰山山前平原农田、林地和荒草地3种土地利用方式,分析不同土壤颗粒组成、颗粒粒径分布与团聚体组成及其水稳定性等土壤结构特征指标,利用原状土样测定,结合土壤水分特征曲线分析土壤持水量、持水强度及水分有效性,通过逐步回归与通径分析明确影响土壤持水性的主要结构特征指标。结果表明,与荒草地相比,农田和林地显著提高了土壤粘粒含量、有机碳含量、土壤毛管孔隙度,降低了土壤容重、> 2 mm水稳性团聚体含量及团聚体的水稳定性。农田土壤的细颗粒组成含量和颗粒比表面积显著高于林地和荒草地土壤。土壤饱和含水量的大小依次为农田>林地>荒草地,农田土壤的田间持水量为31%,分别比林地和荒草地高15%、24%。土壤容积含水量θ与吸力S之间的关系符合幂函数方程θ=A·S^-B（系数A、B为常数,A值表征土壤持水强度,大小依次为农田>林地>荒草地）。土壤有效水总量与速效水含量大小依次为林地>农田>荒草地。逐步回归与通径分析表明土壤粘粒含量通过直接和间接作用增强土壤持水性,土壤颗粒比表面积和水稳性团聚体的平均重量直径对土壤持水性的影响主要体现在间接作用,土壤水稳性团聚体的平均重量直径是抑制土壤持水性的关键因素。土壤有机碳含量对调节土壤粘粒含量和土壤水稳性团聚体形成具有重要作用。因此,在该区土地开发利用过程中,以提高土壤有机碳含量改善土壤结构性质为原则,建议土地利用方式以农业与林业轮作或间作措施为主,合理开发荒草地,为该区土壤水分管理与土地可持续开发利用提供参考依据。     

水泥窑共处置危险废物过程中重金属的分配

以废弃农药、污染土壤和废白土为研究对象,在3个新型干法水泥厂开展了水泥窑共处置的工程试验,分析了共处置对13种重金属在不同相分配情况的影响.结果表明,重金属的分配不受危险废物投加的影响,不挥发和半挥发重金属在烟气中的分配率远低于在熟料中的分配率;尾气中Hg及部分重金属的排放浓度很小甚至低于检测限;As在烟气中分配率较高,与该金属在窑内的存在形态以及As的某些化合物具有挥发性等因素有关;为控制尾气中重金属含量满足相关标准的排放限值,根据本研究和相关研究数据预测了重金属允许的最大投加量和废物中允许的重金属最大含量.     

水源地周边土壤重金属分布特征及潜在风险-以深圳市为例

以深圳市水源地周边三种不同类型土壤(赤红壤､红壤､水稻田土)为研究对象,选择具有较高环境含量且毒性较强的Zn､Pb､As为目标,探究其在三种土壤剖面淋溶层､淀积层和母质层(A、B和C层)中的分布特征及赋存形态,同时分析重金属含量､赋存形态与土壤理化性质的相关性,并利用潜在生态危害指数法和潜在迁移指数法从重金属全量和赋存形态两个角度对土壤重金属的生态风险水平进行评估.结果表明:土壤重金属Zn､Pb､As在三类土壤各层中含量较高,但均低于当地土壤环境质量背景值,重金属含量受当地土壤成岩母质影响较大.形态分析表明三种重金属在三类土壤中均以残渣态为主,但红壤中可还原态Pb含量较高,在低pH时易转化为弱酸可溶态,而后释放并迁移.相关性分析表明Zn､Pb的全量与有机质含量呈极显著正相关,可还原态Zn与pH呈显著正相关,Pb和As的弱酸可溶态与可还原态显著正相关,黏粒和粉粒含量对Pb和As的形态分布造成不同程度的影响.三种重金属潜在生态危害级别均为轻微,对水源地安全潜在生态风险影响较小;重金属迁移能力大小在不同土类中依次为红壤土>赤红壤>水稻田土,元素本身迁移能力强弱依次为Zn>As>Pb;赤红壤和水稻田土A层Zn迁移能力最强,B层As最强,C层Zn､Pb､As均较弱;红壤中A层迁移能力Zn最强,B层Zn､Pb､As均较强,C层Zn､Pb､As均较弱.     

粉煤灰不同配比基质对黑麦草生长的影响

粉煤灰是燃煤电厂排出的固体废弃物,主要成分有SiO2,Al2O3,Fe2O3,CaO等。采用盆栽试验将粉煤灰分别与粘土、砂土、秸秆按3:1的比例混合作为基质种植黑麦草,并用纯粉煤灰基质做对照,研究黑麦草在粉煤灰不同配比基质上的生长状况,结果表明,粉煤灰+粘土为黑麦草的最佳生长基质。     

垃圾渗滤液污染场地的重金属污染再释放研究

选用粉砂、粘土和土壤为材料,通过3个系列的静态实验研究了三种岩性的垃圾渗滤液污染场地中6种重金属污染再释放能力的时间变化趋势。实验结果表明,随着反应时间的延长,在模拟三种岩性的垃圾渗滤液污染场地中Cr、Cu、Mn、Ni、Zn的直接污染能力和污染再释放能力均有不同程度的增大,而Pb则不明显。其中,Cu和Mn在粉砂、粘土、土壤中的直接污染能力分别比背景值增大了4.8倍、2.3倍、3.1倍和24.8倍、22.9倍和2.5倍。Ni在粉砂中的直接污染能力比背景值增大了11倍。Zn在粉砂和粘土中的直接污染能力和污染再释放能力分别比背景值增大了1.4倍、1.7倍和1.4倍、1.5倍;Cu在三种介质中的污染再释放能力:土壤>>粉砂和粘土。Cu、Mn和Ni在三种介质中的直接污染能力:粉砂>>粘土和土壤。     

磁性椰壳对土壤淋洗废液中As(Ⅲ)的吸附性能分析

淋洗技术是土壤重金属(类金属)污染修复的主流技术之一,而淋洗废液存在的二次污染风险则是制约该技术应用的主要因素.通过溶剂沉积法制备磁性椰壳(MCS)改性材料,探究MCS材料对土壤淋洗废液中As(I)的最佳吸附条件及去除效果.XPS、SEM等材料表征结果均显示磁性材料可成功负载于椰壳上;EDS、FTIR分析进一步表明,M...     

Changes in the sorption, desorption, distribution, and availability of copper, induced by application of sewage sludge on Chilean soils contaminated by mine tailings

The effect of mine tailings and sewage sludge was evaluated on sorption, desorption, availability and distribution of copper in two soils, one high (sandy soil) and one low in copper (clay soil). In both soils contaminated by mine tailings the copper sorption capacity and the affinity of the substrate for the metal decreased substantially compared to the uncontaminated soils, however, the sorption remained always high in the clay soil substrates. In the substrates with sandy soil, the high Cu content and lower clay content were determining factors in the lower magnitude of the sorption. Similarly, metal desorption was closely related to these two parameters, and it was higher in clay soil with lower pH. In general, the application of sewage sludge favored the sorption of Cu in soils contaminated and uncontaminated with mine tailings, and in all cases desorption decreased, an effect that remained for at least 30 days. Simple extraction of Cu with CaCl2 and diethylenetriaminepentaacetic acid gave contradictory results, so a careful choice of the procedure is required, depending on the level of metal in the soil and on the acting principle of the extracting agent. In that relation, more complete information on the changes in the metal forms was obtained by application of the sequential extraction procedure proposed by the European Community Bureau of Reference.