好氧生物反應器填埋技術(shù)是垃圾衛生填埋中最常見(jiàn)和最有效的技術(shù)之一。其通過(guò)滲濾液曝氣回灌使填埋場(chǎng)成為一個(gè)復合“凈化反應器”，可加速場(chǎng)內微生物降解有機質(zhì)，去除氨氮等污染物。然而，在礦化垃圾填埋場(chǎng)中使用該技術(shù)，存在有機質(zhì)含量低，無(wú)法徹底去除氮素的問(wèn)題。并且，填埋場(chǎng)下層產(chǎn)生的甲烷，既增加“溫室效應”又存在爆炸的潛在風(fēng)險。
中國科學(xué)院成都生物研究所劉曉風(fēng)課題組成員曹沁在前期的研究中發(fā)現，礦化垃圾填埋場(chǎng)中甲烷氧化可有效耦合硝酸鹽的反硝化作用。并且，在不同氧氣濃度條件下，參與其耦合反應的微生物種類(lèi)不同。因此，通過(guò)同位素示蹤技術(shù)和高通量測序技術(shù)對其耦合微生物和協(xié)作機理進(jìn)行了更深入的研究。通過(guò)同位素示蹤實(shí)驗發(fā)現，微氧條件下，甲烷首先與氧氣反應，生成胞外有機產(chǎn)物，如乙酸、檸檬酸等。進(jìn)而這些有機產(chǎn)物作為碳源與硝酸鹽發(fā)生反硝化作用，并生成微量N2O。缺氧條件下，甲烷會(huì )執行甲烷發(fā)酵作用，生成更豐富的有機中間產(chǎn)物，與硝酸鹽耦合發(fā)生反硝化作用。通過(guò)高通量測序和分析發(fā)現，執行微氧甲烷氧化耦合反硝化的主要功能微生物為甲烷氧化菌Methylomonas和甲基營(yíng)養型反硝化菌Methylotenera。而執行缺氧甲烷氧化耦合反硝化的主要功能微生物為甲烷氧化菌Methylomonas和非甲基營(yíng)養型反硝化菌Thermomonas。國內外研究主要集中在好氧甲烷氧化耦合反硝化，并報道其產(chǎn)物主要為CO2和N2。本研究的發(fā)現為微氧和缺氧條件下甲烷氧化耦合反硝化提供了更多理論基礎，擴展了礦化垃圾填埋場(chǎng)中的碳、氮循環(huán)。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金（51478448）、應用與環(huán)境微生物中心重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放基金（KLCAS-2017-9）等的支持。相關(guān)科研成果“Stable-isotopic analysis and high-throughput pyrosequencing reveal the coupling process and bacteria in microaerobic and hypoxic methane oxidation coupled to denitrification”發(fā)表在Environmental Pollution期刊上。