传统能源的储量日益减少,为了寻求可持续发展道路,可再生能源的开发和利用已成为各国的重要任务。生物法厌氧发酵制氢、制甲烷这一可持续化生产道路备受瞩目。如果将此方法推广到工业规模对解决能源问题具有很大的现实意义。秸秆类生物质产能存在糖化预处理困难、底物利用率低和有效容积产气量少等问题,致使秸秆厌氧发酵产能成本高。基于此本文研究农作物秸秆糖化水解方法,运行小试和中试一体化生物反应器(Integration Bioreactor,简称IBR)研究影响厌氧发酵产气因子的变化规律和各影响因子与产气量的关系。选择低廉、高效的农作物秸秆预处理方法是降低厌氧发酵成本的方法之一。进而比较了酸和碱加热预处理方法对小麦秸秆预处理效果的影响。得出最优预处理方法:固液比1:15 (g:ml)、预处理温度25℃、氢氧化钠浓度0.2mol/L、预处理时间24h。提高产气率是降低厌氧发酵成本的另一个有效途径。通过运行小试IBR产能试验,得到最高有效容积产气量1.2 L/(L·d)。在整个运行期,产酸区和产甲烷区的碱度与产气量成正比,产甲烷相的ORP (Oxidation-Reduction Potential,简称ORP)与产气量成反比。运用计算流体力学技术模拟中试IBR产甲烷相污泥流动状态,调节循环流速防止IBR产甲烷相底端出现死区和促进污泥颗粒均匀分布。模拟结果表明,流域内污泥浓度在10～15 g/L范围内较为合适。污泥颗粒浓度越高所需循环流速越大,污泥颗粒沉积越多、不均匀程度越大,污泥颗粒上浮越严重。循环流速7 m/s,出口处无污泥颗粒流出;循环流速11 m/s,出口处污泥颗粒大量流出。运行中试IBR产能试验,验证小试实验得到的数据和规律,进而为工业规模厌氧发酵产能提供运行经验和理论参考。利用糖蜜启动IBR,产甲烷区和产酸区分别在第8天和第15天开始大量产气。产酸相的最大有效容积产气量18 L/(L·d),氢气含量29%、无甲烷。产甲烷相平均有效容积产气量3.0 L/(L-d),对应每克秸秆产气量为132 ml/g,甲烷平均含量65%。产甲烷相适宜pH是6.5～7.5、ORP适宜区间-300～-350 mV。产酸相适宜pH范围是4.0～4.5。为了进一步判断影响因子对气体产量和COD去除率的重要性,将进水COD浓度、pH值和产甲烷区的ORP和碱度作为系统的输入因子,建立输入层神经元数为4、中间隐含层神经元数为6和输出层神经元数为2的3层BP神经网络。结果,预测值和实测值较为接近,两者之间最大偏差9.7%、最小偏差0.1%。并采用分离权值法分析模拟数据,判断出各因子对COD去除率的相对重要性:COD>碱度>ORP>pH;各项因子对气体产量的重要性:COD>碱度>pH>ORP。