驯化矿化垃圾CH4 氧化速率和N2O 释放研究

第３３卷第９期２０１３年９月环境科学学报ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ.３３ꎬＮｏ.９Ｓｅｐ.ꎬ２０１３基金项目:国家自然科学基金(Ｎｏ.４１００５０９０)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.４１００５０９０)作者简介:冯凯(１９８５—)ꎬ男ꎬＥ￣ｍａｉｌ:４９２４０１６２３＠ｑｑ.ｃｏｍꎻ∗通讯作者(责任作者)ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｈｕａｎｇｔｉａｎｙｉｎ１１１＠１６３.ｃｏｍＢｉｏｇｒａｐｈｙ:ＦＥＮＧＫａｉ(１９８５—)ꎬｍａｌｅꎬＥ￣ｍａｉｌ:４９２４０１６２３＠ｑｑ.ｃｏｍꎻ∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｈｕａｎｇｔｉａｎｙｉｎ１１１＠１６３.ｃｏｍ冯凯ꎬ黄天寅ꎬ张后虎ꎬ等.２０１３.驯化矿化垃圾ＣＨ４氧化速率和Ｎ２Ｏ释放研究[Ｊ].环境科学学报ꎬ３３(９):２５３９￣２５４５ＦｅｎｇＫꎬＨｕａｎｇＴＹꎬＺｈａｎｇＨＨꎬｅｔａｌ.２０１３.ＬａｎｄｆｉｌｌＣＨ４ｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄＮ２Ｏｅｍｉｓｓｉｏｎｓｆｒｏｍｉｎｃｕｂａｔｅｄｍｉｎｅｒａｌｉｚｅｄｒｅｆｕｓｅ[Ｊ].ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅꎬ３３(９):２５３９￣２５４５驯化矿化垃圾ＣＨ４氧化速率和Ｎ２Ｏ释放研究冯凯１ꎬ黄天寅１ꎬ∗ꎬ张后虎２ꎬ吴玮１ꎬ陈新１１.苏州科技学院环境科学与工程学院ꎬ苏州２１５０１１２.环保部南京环境科学研究所ꎬ南京２１００４２收稿日期:２０１２￣１２￣２７修回日期:２０１３￣０２￣０１录用日期:２０１３￣０２￣０１摘要:利用畜禽废水驯化矿化垃圾ꎬ并将其与原生矿化垃圾和粘土对比ꎬ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(１５.４８μｍｏｌ环境科学学报３３卷埋场ＣＨ４排放ꎬ极具应用潜力(Ｂａｒｌａｚｅｔａｌ.ꎬ２００４)ꎬ例如ꎬＬｏｕ和Ｗａｎｇ等通过铺设矿化垃圾ꎬ使填埋场覆土具有高效的ＣＨ４氧化能力(Ｌｏｕｅｔａｌ.ꎬ２０１１ꎻＷａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２０１１).矿化垃圾常用于处理生活污水ꎬ能有效地处理高负荷垃圾渗滤液和畜禽废水(Ｚｈａｏｅｔａｌ.ꎬ２００７ꎻＬｏｕｅｔａｌ.ꎬ２０１１ꎻＺｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２０１２ꎻＺｈｕｅｔａｌ.ꎬ２０１２)ꎬ其机理在于矿化垃圾中积聚了大量的铵氧化菌(Ｂａｒｌａｚｅｔａｌ.ꎬ１９８９ꎻＺｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２０１２).ＣＨ４与ＮＨ＋４的分子结构类似且分子量相近ꎬ同时ＣＨ４氧化菌和自养硝化菌在生理特性以及氧化ＣＨ４和ＮＨ＋４基质的酶活性均较为类似ꎬ铵氧化菌可以共氧化ＣＨ４(Ｍａｎｄｅｒｎａｃｋｅｔａｌ.ꎬ２０００ꎻＺｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２００９).Ｚｈａｎｇ等(２００９)用５％ＣＨ４驯化土样ꎬ使土壤的硝化作用得以显著强化.反之ꎬ土样通过废水中ＮＨ＋４￣Ｎ的驯化培养ꎬ其ＣＨ４氧化能力也应类似地提高.目前ꎬ鲜有研究ＮＨ＋４￣Ｎ驯化矿化垃圾材料对ＣＨ４氧化效率影响的报道.此外ꎬＮ２Ｏ是一种高效痕量的温室气体ꎬ其增温潜势为ＣＯ２的２９６倍ꎬ当前Ｎ２Ｏ释放量占全球人为温室气体排放总量的６％ꎬ对温室效应的贡献仅次于ＣＯ２和ＣＨ４(ＩＰＣＣꎬ２００１).据报道ꎬ生活垃圾填埋场Ｎ２Ｏ释放通量比草原、农田和森林的释放通量高１~２个数量级(Ｂöｒｊｅｓｓｏｎｅｔａｌ.ꎬ１９９７ꎻＲｉｎｎｅｅｔａｌ.ꎬ２００５ꎻＺｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２００９).有研究通过富含有机质、氮和微生物活性的基质来提高填埋场生物覆土中ＣＨ４氧化能力(Ａｂｉｃｈｏｕｅｔａｌ.ꎬ２００６ꎻＨｅｅｔａｌ.ꎬ２００８).但少有涉及这些基质与Ｎ２Ｏ排放的相关研究(Ｂöｒｊｅｓｓｏｎｅｔａｌ.ꎬ１９９７ꎻＣｈｅｎｇｅｔａｌ.ꎬ２００４ꎻＥｉｎｏｌａｅｔａｌ.ꎬ２００９ꎻＺｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２００９).因此ꎬ本研究采用畜禽废水驯化矿化垃圾ꎬ对比驯化矿化垃圾、原生矿化垃圾和粘土的土壤特性及其对ＣＨ４氧化能力和Ｎ２Ｏ释放的影响ꎬ旨在探索一种低碳且环保的填埋场覆土方法.２材料和方法(Ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓ)２.１矿化垃圾和实验土样供试矿化垃圾于２００９年取自南京轿子山生活垃圾填埋场ꎬ其填埋龄为１４年.实验所用矿化垃圾自然风干ꎬ并去除较大的不可降解物(如石头、玻璃、塑料膜、塑料袋、橡胶等)(Ｚｈａｎｇｅｔａｌ.ꎬ２０１２).对比实验所用土样取自太湖流域(３１°２９′Ｎꎬ１１９°５９′Ｅ)ꎬ土样质地为粘土４３.５％、污泥３２.１％和砂土２４.４％.２.２废水培养实验每天所用废水取自养猪场化粪池.废水理化特性:ＣＯＤＣｒ(８５５.４±１０４.１)ｍｇ９期冯凯等:驯化矿化垃圾ＣＨ４氧化速率和Ｎ２Ｏ释放研究和ＣＯ２浓度(Ｃｈｅｎｇｅｔａｌ