城市生活垃圾填埋场微生物多样性与甲烷、氨气减排研究

【摘要】：垃圾填埋场蕴含丰富的微生物,是人类活动干扰下的重要微生物库,也是重要的人为甲烷排放源之一。填埋场中含有大量产甲烷菌、甲烷氧化菌及其它微生物菌群,这些微生物影响了全球温室气体减排。研究填埋场的微生物群落结构与多样性,可以为合理利用微生物作用强化填埋场生化稳定、促进甲烷减排提供科学依据。本研究以某典型生活垃圾填埋场为例,分析了其存量垃圾中的微生物结构与多样性,筛选了甲烷氧化菌和除氨菌株,开发了同时处理甲烷与氨气的复合微生物菌剂,最后通过自制模拟填埋柱系统研究了微生物菌剂对填埋气的综合减排效果。主要研究内容及结果如下：(1)利用高通量测序MiSeq方法进行垃圾填埋场微生物群落多样性分析,发现甲烷氧化菌和促产甲烷菌群均和腐殖土深度有一定关联,具有甲烷氧化功能的Methylohalobius在覆土中的含量高于腐殖士；而在厌氧产甲烷阶段中发挥重要作用的Syntrophomonas、Fastidiosipila等只在深层填埋腐殖土(90-150 cm)中含量较高。结合土壤的理化性质,利用典型相关分析,发现电导率、有机质含量、含水率是影响填埋场微生物群落结构的主要因素。(2)通过从垃圾填埋场的土壤样品中分离、筛选培养得到两个甲烷氧化混合菌样品,高通量测序发现,甲烷氧化菌主要为Methylocaldum、Methylocystaceae、 Methylo versatilis。其他菌包括嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)等。气相色谱测定表明,甲烷氧化混合菌的甲烷氧化能力在43.57%-64.97%。而通过其生长曲线可以发现,甲烷氧化混合菌生长较慢,对数生长期在150-250 h左右。(3)影响填埋场甲烷氧化菌活性的重要因素是NH4+,除氨菌株可以将氨气以NH4+的形态吸收,解除对甲烷氧化菌活性的抑制,促进甲烷减排。本研究从课题组已获得的6株菌株中筛选出三株高效除氨菌株并进行形态、分子生物学鉴定,通过氨气测定仪测定,乙醇假丝酵母菌(Candida ethanolica)和蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)在敞口环境中对污泥挥发出的氨气具有明显的去除效果,而蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)和粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis)在密闭环境中对污泥挥发出的氨气具有明显的去除效果,氨气的最终去除率分别为87.11%和84.63%。(4)采用白制模拟填埋柱系统,以厨余垃圾为发酵产气原料,研究了复合微生物菌剂对甲烷、氨气减排的综合功效。通过氨气测定仪测定,氨气的浓度整体呈下降趋势,在实验的6-21天,实验组1(甲烷氧化混合菌+高效除氨菌)处理效果最为明显；甲烷浓度检测发现,实验组的甲烷浓度明显低于对照组,在10-18天时,实验组1的效果最为明显,甲烷浓度为对照组的76.38%。说明本复合菌剂具有一定的综合甲烷-氨气减排效果。 【关键词】：垃圾填埋场 微生物多样性 甲烷 甲烷氧化菌 氨气
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X799.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 引言9-21
• 1 垃圾填埋场微生物多样性研究9-11
• 2 甲烷减排研究11-17
• 2.1 甲烷氧化菌类型及其特征11-12
• 2.2 甲烷的微生物氧化机理12-14
• 2.3 填埋土层中甲烷氧化菌活性影响因素14-16
• 2.4 垃圾填埋场的甲烷生物减排16-17
• 3 恶臭污染控制技术研究17-19
• 3.1 常见的微生物除臭菌种17-18
• 3.2 微生物除臭的原理18-19
• 4 研究目的及内容19-21
• 4.1 研究目的19
• 4.2 研究内容19-20
• 4.3 技术路线20-21
• 第二章 不同深度垃圾填埋场的微生物结构与多样性21-37
• 1 材料与方法21-24
• 1.1 样品采集21
• 1.2 土壤理化性质测定21-22
• 1.3 DNA提取与PCR扩增22-23
• 1.4 高通量MiSeq测序23
• 1.5 原始数据处理与样品序列数目统计23
• 1.6 数据分析23-24
• 2 结果与讨论24-36
• 2.1 样品理化性质24-25
• 2.2 微生物菌群丰度和多样性25-27
• 2.3 分类学分析——门水平27-29
• 2.4 分类学分析——属水平29-31
• 2.5 微生物多样性与环境变量的关系31-36
• 3 小结36-37
• 第三章 甲烷氧化混合菌群的筛选及特性分析37-50
• 1 材料与方法37-41
• 1.1 实验材料与仪器37-38
• 1.2 实验方法38-41
• 2 结果与讨论41-48
• 2.1 甲烷氧化混合菌的鉴定41-44
• 2.2 甲烷氧化混合菌对甲烷氧化能力的测定44-45
• 2.3 甲烷氧化混合菌的生长曲线45
• 2.4 非甲烷氧化菌的鉴定45-48
• 3 小结48-50
• 第四章 高效除氨菌株的筛选及特性分析50-59
• 1 材料与方法50-53
• 1.1 实验材料与仪器50-51
• 1.2 实验方法51-53
• 2 结果与讨论53-58
• 2.1 除氨菌株的形态与鉴定53-55
• 2.2 菌株除氨能力鉴定55-58
• 3 小结58-59
• 第五章 模拟填埋柱系统对复合菌剂综合减排效果研究59-67
• 1 材料与方法59-62
• 1.1 实验材料与仪器59-61
• 1.2 实验方法61-62
• 2 结果与讨论62-66
• 2.1 厨余垃圾特性62
• 2.2 氨气浓度变化62-64
• 2.3 甲烷浓度变化64-66
• 3 小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 1 结论67
• 2 创新点67-68
• 3 展望68-69
• 参考文献69-79
• 个人简介79-81
• 导师简介81-83
• 致谢83

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