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甲烷13C同位素比值表征温度对甲烷生成途径的影响
  • ISSN号:0250-3301
  • 期刊名称:《环境科学》
  • 时间:0
  • 分类:X708[环境科学与工程—环境工程]
  • 作者机构:[1]同济大学环境科学与工程学院,污染控制与资源化研究国家重点实验室,长江水环境教育部重点实验室,上海200092, [2]Cemagref-HBAN, parc de Tourvoie, BP 44,92163 Antony cedex, France
  • 相关基金:国家自然科学基金重点项目(50538080);国家高技术研究发展计划(863)项目(2003AA644020);国家教育部科技技术研究重点项目(107122)
中文摘要:

采用测试气相碳同位素比值的方法比较了中温厌氧降解和高温厌氧降解过程中甲烷(CH4)生成途径的差异,表征了生活垃圾厌氧消化过程CH4生成途径的演变,并结合气液相化学组分和产甲烷菌荧光原位杂交(FISH)分析对同位素表征结果进行了验证.中温(35℃)条件下,垃圾降解初期甲烷13C同位素比值(1δ3CH4)下降至-69.5‰,表明此阶段CH4主要产生自CO2还原途径;随着垃圾降解进入快速产CH4阶段,δ13CH4值相应迅速上升至-23.8‰,说明乙酸发酵逐渐成为CH4生成的主要途径,FISH实验结果也发现此阶段以乙酸发酵型产甲烷菌Methanosarcinaceae为主;当产CH4速率逐渐减小进入稳定期时,δ13CH4值迅速降低至-55‰后相对稳定,说明乙酸发酵途径的比例减小,并且维持在较稳定的水平.高温(55℃)条件下,δ13CH4值始终维持在约-70‰,表明甲烷主要由CO2还原作用生成,在快速产CH4阶段,乙酸氧化和CO2还原作用是CH4生成的重要途径.

英文摘要:

The methanogenic pathway during anaerobic digestion of household waste was investigated by stable carbon isotopic signature analysis, and testified by the analysis of gas production, leachate characteristics and microbial fluorescence in situ hybridization (FISH) methods. Furthermore, the difference of methanogenic pathway between mesophihc and thermophilic anaerobic digestion was also discussed. Results showed that under mesophilic conditions, the isotopic stable carbon signature of CH4 (δ13CH4) initially decreased to -69.5‰, indicating that CH4 was produced from CO2 and H2 by hydrogenotrophic methanogens. When active CH4 production phase started, the δ13 CH4 values quickly increased to - 23.8‰, which indicated more and more CH4 were formed by aceticlastic methanogens, dominantly the family of Methanosarcinaceae, shown by the FISH results. The δ13 CH4 values decreased successively and ultimately remained at - 55‰, indicating that the fraction of aceticlastic methanogenesis finally decreased to a steady level comparative with CO2-derived methanogenesis at the steady slow methane production phase. Under thermophilic conditions, the δ13 CH4 values remained at a level about - 70‰, showing that methane were solely produced from CO2 reduction,and acetate syntrophic oxidation happened during the active methane production phase.

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期刊信息
  • 《环境科学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院生态环境研究中心
  • 主编:赵进才
  • 地址:北京市2871信箱(海淀区双清路18号)
  • 邮编:100085
  • 邮箱:hjkx@rcees.ac.cn
  • 电话:010-62941102 62849343
  • 国际标准刊号:ISSN:0250-3301
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1895/X
  • 邮发代号:2-821
  • 获奖情况:
  • 在全国第一届和第二届优秀科技期刊评比中分别荣获...,二次荣获中国科学院优秀期刊评比一等奖,荣获中国期刊方阵双奖期刊荣誉
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国生物医学检索系统,美国剑桥科学文摘,美国生物科学数据库,英国动物学记录,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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