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中国是世界上最大的棉花生产国,每年的产量约占全球棉花产量的25%。棉花收获后会剩余大量的废弃物,如秸秆、棉花叶和棉花壳,仅棉花秸秆的量就有4000万吨/年。目前,棉花秸秆的主要处理方式为直接还田或者焚烧。棉花秸秆中含有大量的碳水化合物,如纤维素、半纤维素等,可以通过微生物降解转化成沼气,生物乙醇等。与其它生物燃料相比,沼气的生产过程更加简单,实用,因而引起人们的而广泛关注。此外,整个厌氧发酵过程中不仅可以处理有机废弃物,还可以生产清洁能源和有机肥料。本课题探究了棉花秸秆预处理及厌氧消化产甲烷过程。本课题首先采用响应面法的中心组合设计(CCD)方案进行厌氧发酵实验,并以实验甲烷产量和挥发性固体去除率为响应值,探究了有机负荷和接种比对厌氧发酵过程的影响。结果表明,有机负荷与接种物的交互作用对实验甲烷产量和挥发性固体去除率的影响显著。通过响应面法的拟合分析,得出了最佳操作条件的有机负荷为 25.61gVS.L-1、接种比为 0.79。随后,系统研究了 H2SO4、H3PO4、NaOH、KOH、Ca(OH)2、碱性过氧化氢(alkali hydrogen peroxide,AHP)和蒸汽爆破(steam explosion,SE)方法对棉花秸秆的预处理效果,比较了不同预处理对厌氧发酵过程的影响。结果显示,质量浓度为1%的H2SO4和4%的H3P04预处理后的秸秆的累积甲烷产量远低于其它五种预处理后的秸秆累积甲烷产量。质量浓度为1%的Ca(OH)2预处理后的秸秆的累积甲烷产量比质量浓度为3%的KOH和1.5%的NaOH预处理后的秸秆分别少47.3%和48.5%。此外,浓度为3%的KOH、浓度为1.5%的NaOH以及处理条件为1.5 MPa,5 min的SE预处理后秸秆的累积甲烷产量分别为177.1,178.6,171.8 mL.gVS-1,三者之间无显著性差异(α>0.05)。质量浓度为3%的AHP处理后的秸秆得到了最大的累积甲烷产量,为192.4 mL.gVS-1,相比于未预处理秸秆的累积甲烷产量提高了 254.28%。通过对预处理后溶液的性质进行分析得出,AHP溶液中COD和可溶性糖的含量远低于KOH和NaOH溶液中的含量。这表明与KOH和NaOH预处理相比,AHP预处理不仅能够提高秸秆的产气量,还能减少可降解部分的损失。最后,本课题探究了 AHP预处理过程中的时间和温度对棉花秸秆厌氧发酵过程的影响。结果显示,在AHP预处理实验的所有温度下(室温、40℃、60℃),处理时间为6h的秸秆的累积甲烷产量与处理时间为12h、24h的秸秆的累积甲烷产量无显著性差异(α>0.05)。由此分析得出,AHP预处理的有效作用主要集中在前6h。此外,随着AHP预处理温度、时间的增加,易降解物质的损失增多,不利于随后的厌氧发酵过程。综上所述,本课题对棉花秸秆的厌氧发酵过程进行了系统的研究,为棉花秸秆在厌氧发酵实验的应用提供了数据基础,为开发秸秆废弃物转化成可再生资源工艺奠定了基础。