本发明涉及一种加速甲烷减排的方法。
背景技术：
：甲烷具有较高的单分子增温潜力，每摩尔甲烷的增温效应比等量二氧化碳大20～30倍，是仅次于二氧化碳的重要温室气体。20世纪90年代甲烷对温室效应的贡献率已达20％。目前大气中的甲烷浓度为1.72cm3/m3，而且每年以1.0％～1.2％的速度增加。研究表明如果甲烷浓度仅以0.9％的速度增长，到2050年就可达到8cm3/m3，可见甲烷对全球气候变化的影响愈演愈烈。稻田是主要的甲烷排放源之一，每年排放量达到20-100tg。因此，寻求切实可行的稻田甲烷减排措施，对缓解温室效应改善全球气候变化至关重要。厌氧环境中,微生物降解有机物产生的甲烷约占大气甲烷的80％，其中，大部分产生于沼泽、湿地、农田土壤、水底淤泥等厌氧环境。因此，微生物驱动的甲烷厌氧氧化是减少自然环境中甲烷排放的重要途径。目前认为，甲烷厌氧氧化可根据电子受体的不同分为硫酸盐还原型甲烷厌氧氧化和反硝化型甲烷厌氧氧化两类。前者以硫酸盐作为甲烷厌氧氧化的最终电子受体，后者以亚硝酸盐或硝酸盐作为甲烷厌氧氧化的最终电子受体。从热力学角度而言，fe(iii)等高价金属离子与甲烷发生氧化还原反应的自由能比硫酸盐和亚硝酸/硝酸盐更低，因此更有可能被微生物利用成为甲烷厌氧氧化过程的电子受体。然而，在自然生态系统特别是富铁的红壤稻田环境中，甲烷产量和排放量仍然很高。因此寻找一种提高自然体系下甲烷厌氧氧化、加速甲烷减排的方法，非常有实用价值。技术实现要素：本发明的目的在于提高甲烷厌氧氧化效率，缓解温室效应，因而提出一种加速甲烷减排的方法。本发明所采取的技术方案是：一种加速甲烷减排的方法，是在厌氧自然体系中，以甲烷为底物，添加fe(iii)化合物，进行甲烷的厌氧氧化。厌氧自然体系中，甲烷的初始浓度为4000ppm～80000ppm。以铁原子计，fe(iii)化合物的浓度为10mm～200mm。优选的，当甲烷的初始浓度为40000ppm时，添加fe(iii)化合物的浓度为100mm。所述的fe(iii)化合物为水铁矿、纤铁矿中的至少一种。厌氧自然体系的orp为-30mv～-180mv。本发明的有益效果是：在自然厌氧体系中，添加弱结晶型铁氧化物，能提高甲烷的厌氧氧化速率，该方法可应用于稻田或其他厌氧底泥等自然环境中，具有广阔的应用前景。附图说明图1是不同浓度水铁矿处理的甲烷氧化动态图；图2是不同浓度水铁矿处理的fe(ii)浓度动态变化图；图3是不同结晶型铁矿处理的甲烷氧化动态图；图4是不同结晶型铁矿处理的fe(ii)浓度动态变化图。具体实施方式一种加速甲烷减排的方法，是在厌氧自然体系中，以甲烷为底物，添加fe(iii)化合物，进行甲烷的厌氧氧化。优选的，厌氧自然体系中，甲烷的初始浓度为4000ppm～80000ppm。优选的，以铁原子计，fe(iii)化合物的浓度为10mm～200mm。优选的，当甲烷的初始浓度为40000ppm时，添加fe(iii)化合物的浓度为100mm。优选的，所述的fe(iii)化合物为水铁矿、纤铁矿中的至少一种。厌氧自然体系的orp(氧化还原电位)为-30mv～-180mv。以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明，但保护范围不仅限于此。实施例1：将广州稻田淹水土壤和水以1:3(质量比)混合均匀，充高纯氮气至无氧状态(orp为-30～-180mv)，加入470μmol(约40000ppm)甲烷气体和100mm铁氧化物(以铁原子计)进行富集培养。在125ml厌氧瓶中装液50ml，其中接种土壤富集培养物5ml，厌氧培养基45ml，每个瓶子中甲烷的终浓度为470μmol，添加不同浓度水铁矿，铁矿浓度以铁原子计分别为10，50，100mm，同时与不添加水铁矿的进行对比。实验处理简写分别为：ck(不添加水铁矿)；fh-10mm；fh-50mm和fh-100mm。处理后进行厌氧培养：充n2：co2(v:v＝80:20)混合气，先在液面下充气1h，然后液面上充气30min，使整个反应体系呈无氧状态(orp为-30～-180mv)，放置于30℃恒温培养箱中避光静置培养。其中厌氧培养基配方如表1～3所示。表1厌氧培养基配方化合物名称浓度化合物名称浓度nh4cl0.1g·l-1hepes(4-羟乙基哌嗪乙磺酸)2.38g·l-1kcl0.5g·l-1cacl2·2h2o0.1g·l-1kh2po40.2g·l-1维生素储备液1ml·l-1mgcl2·6h2o0.0475g·l-1微量元素储液10ml·l-1表2维生素配方表3微量元素配方检测培养周期体系中顶空甲烷气体浓度和产生的fe(ii)浓度。甲烷气体检测方法：气体进样针取培养瓶顶空气体200μl，用气相色谱仪(gc-7900)测定(fid检测器)，进样口温度：120℃，柱温：80℃，检测器温度：170℃。结果如附图1和附图2所示，在两个厌氧培养周期内，未添加水铁矿的ck处理甲烷没有减少，而添加水铁矿的处理，甲烷浓度都有一定程度的下降，并伴随着fe(ii)浓度的升高。对比不同浓度水铁矿处理间的甲烷浓度，发现甲烷氧化速率和氧化量都随着水铁矿浓度的升高加快加大，而且水铁矿fe(iii)还原成fe(ii)的速率与fe(ii)产量也随之加大。氧化1分子甲烷需要8个fe(iii)接受电子，通过计算甲烷氧化与fe(iii)还原当量可知，培养体系中fe(ii)的产生浓度与甲烷的氧化量为8:1。结果说明甲烷的厌氧氧化是由水铁矿中fe(iii)还原fe(ii)驱动的，且水铁矿浓度越高，fe(iii)还原越强烈，甲烷减排量越显著。实施例2：将广州稻田淹水土壤和水以1:3(质量比)混合均匀，充高纯氮气至无氧状态(orp为-30～-180mv)，加入470μmol(约40000ppm)甲烷气体和100mm铁氧化物(以铁原子计)进行富集培养。在125ml厌氧瓶中装液50ml，其中接种土壤富集培养物5ml，厌氧培养基45ml，每个瓶子中甲烷的终浓度为470μmol，添加不同结晶型铁氧化物，铁氧化物浓度以铁原子计100mm，同时与不添加铁氧化物的进行对比。实验设计为：ck(不添加铁氧化物)；ferrihydrite(水铁矿)；lepidocrocite(纤铁矿)；hematite(赤铁矿)和magnetite(磁铁矿)。培养基配方、厌氧培养、甲烷和fe(ii)检测方法同实施例1所述。结果如附图3和附图4所示，未添加铁氧化物的ck和添加了结晶型的磁铁矿和或赤铁矿的处理中，培养体系中甲烷浓度并无明显变化，且fe(ii)含量保持一致。添加了弱结晶性的水铁矿和纤铁矿处理中，甲烷浓度在整个培养周期从470μmol减少至70μmol左右。与之对应的是，体系中fe(ii)浓度不断上升至70mm。结果说明晶型较强的磁铁矿和赤铁矿不利于微生物利用，因此对甲烷的氧化和减排作用微弱；而晶型较弱的水铁矿和纤铁矿极易被微生物还原利用，对甲烷厌氧氧化和减排有显著效应。当前第1页12