随着化石燃料的不断利用和消耗,环境问题的日益增加,太阳能、风能和生物质能等可再生能源的开发利用显得尤为重要。沼气发酵是一种利用生物质能的方式,它可产生气体燃料甲烷。秸秆是厌氧发酵产沼气的重要原料。2014年我国秸秆总量约为7.66亿吨,其中玉米秸秆年产量约为2.24亿吨。本文以玉米秸秆的长时间贮存和沼气化利用为背景,研究了不同形态(干黄或青贮)玉米秸秆的厌氧发酵产沼气性能,发酵过程中接种量和总固体浓度的筛选比较,以及添加乙酸对玉米秸秆青贮效果及其发酵产沼气性能的影响。1.采用中温批式沼气发酵试验,使用青贮秸秆与干黄玉米秸杆分别与牛粪混合消化,以厌氧消化配比为研究内容,分别对发酵过程中p H、产气和产甲烷的情况进行分析。然后根据产气情况进行动力学分析。结果表明,牛粪与青贮玉米秸秆混合厌氧发酵可以提高沼气产量,最佳干物质配比7:3。在混合比例7:3时,与干黄玉米秸秆比较,青贮秸秆与牛粪的混合发酵,累积产气量增加了4.76%,累积甲烷产量增加了61.5%。采用修正Gompertz模型拟合结果表明,配比为7:3时延滞时间短,也有较高的甲烷产量。2.以接种量和固体浓度为研究内容进行批式发酵试验。牛粪与青贮玉米秸秆厌氧发酵需要适当的接种量,在接种量为30%时,可以获得较高的产气量与产甲烷量。过大的接种量会加快有机质的消耗,缩短厌氧消化的周期。总固体浓度(TS)为10%时,牛粪与青贮玉米秸秆能稳定发酵产沼气。TS为12%时产气效果较好。TS为14%时,累积产气及产甲烷量反而有所下降。牛粪与青贮玉米秸秆混合厌氧发酵的适宜接种量为30%,TS为12%。3.以不同乙酸添加量的玉米秸秆为材料,分别设置3个平行进行青贮,比较青贮的效果。不同乙酸添加量对玉米秸秆青贮品质的影响具有一定的差异性,但随着乙酸添加量的增加,各指标不具有连续变化的倾向。鲜玉米秸秆添加1%~6%乙酸,经过250d的贮存后,在乙酸添加量为1%时,可以提高玉米秸秆青贮的品质。4.通过牛粪与不同乙酸添加量的青贮秸秆混合批式沼气发酵,考察了消化过程中沼液的p H、VFAs、COD、NH4+-N的变化情况,利用修正Gompertz方程分析厌氧消化的动力学参数,并对厌氧消化前后纤维素、半纤维素和木质素含量进行分析。结果表明,未添加乙酸秸秆沼气发酵过程中的产酸总量最小,乙酸添加量为4%的青贮玉米秸秆用以沼气发酵可以获得较好的产气效果,同时缩短了厌氧消化的启动时间。厌氧消化过程中纤维素和半纤维素的降解率分别为24.4%和24.0%。综上,青贮玉米秸秆与牛粪混合厌氧发酵前对玉米秸秆进行预处理,减少了温室气体排放,利用生物质资源转化为清洁能源,本研究为进一步研究混合物料厌氧发酵提供了理论依据,具有潜在的社会和经济效益。