哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
近年来，厌氧发酵技术生产短链脂肪酸广受认同，但由于短链脂肪酸
（SCFAs）具有良好的亲水性，完全混于水，不易从发酵液中分离，并且分离
和提取过程昂贵，阻碍了这项技术的应用。有研究发现微生物可以利用乙醇、
乳酸等为电子供体，通过逆β氧化途径发生碳链延长反应，将短链脂肪酸
2C~5C6C~8C
（）转化为亲水性较弱的中链脂肪酸（），突破了这个瓶颈。中
Mediumchainfattyacids,MCFAsSCFAs
链脂肪酸（）亲水性较弱，能够解决分
离提纯等问题，且它工业用途广泛，但生产成本高，因此，利用废弃的污泥生
产SCFAs进而合成MCFAs是一种更可持续，更有回报的资源回收技术。
现有研究大多集中在传统的活性污泥发酵液制备MCFAs，基于化学沉淀初
沉污泥厌氧发酵液合成MCFAs研究还十分少见。尤其是初沉污泥中所含有的
铁系絮凝剂对于合成MCFAs过程中的碳链延长反应的影响机制不明。故采用
科氏梭菌构建化学沉淀初沉污泥制备己酸体系，探讨铁离子对于产中链脂肪酸
的影响，并且优化菌株的生长条件和产物合成条件，然后运行反应器并调控参
数至反应器稳定运行，实现化学强化初沉污泥厌氧发酵液合成MCFAs。
为了更好的运行基于纯菌的合成己酸体系，探究温度、pH环境因子和底物
种类、醇酸比、底物浓度三个合成条件对科氏梭菌进行碳链延长反应的影响。
研究发现科氏梭菌的生长适宜范围很广泛，在25~35℃都能生长，但较低温度
pH6~7
生物的代谢速率较低，产物合成速率较低。在的范围是科氏梭菌的适宜
pHpH5.5
初始值，初始时不利于微生物。在反应过程中微生物能够去调节
pH
周身环境，所以可以通过检测的变化情况去判断反应体系内的微生物生长
状况。铁离子的加入能够促进微生物前期的生长，缩短停滞期，加快反应速率，
较低浓度的铁离子（10~20mgFe/L）有利于碳链延长反应，能够提高反应的平
均碳链长度。当加体系内铁离子超过40mgFe/L后，微生物的碳延长利用率开
始降低。
相比使用单独的乙酸或者丁酸做电子受体，乙酸、丙酸、丁酸和戊酸混合
酸体系能够有效的提高乙醇利用率，污泥发酵液是链延长反应合适的电子受体。
同时认为4000~6000mgCOD/L是适宜底物浓度范围，经过优化比较，选择醇/
酸比3：1做为实验参数，并成功稳定运行科氏梭菌制备中链脂肪酸反应器，
在HRT3d时，己酸产率达到1.925g/(L·d)，实际发酵液合成的己酸产率达到
1.925g/(L·d)82.76±3.55%MCFAs
，获得了的选择度。
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综上，本研究丰富并完善了碳链延长菌株的相关应用条件，且成功证明了
化学强化初沉污泥生产MCFAs的可行性，为化学沉淀初沉污泥的资源化提供
了新方向。
关键词化学强化初沉污泥；中链脂肪酸；科氏梭菌；厌氧发酵液:
II
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Abstract
Inrecentyears,anaerobicfermentation