玉米秸秆的合理利用是我国长期面临的一项难题,通过厌氧发酵技术生产生物燃气(甲烷)是目前处理玉米秸秆的有效方法之一。但是,玉米秸秆中木质纤维素的复杂结构很大程度上限制了微生物对纤维素成分的可及性。通过酸预处理水解不稳定的半纤维素,进而破坏致密的木质纤维素结构,是改善厌氧发酵性能、提高甲烷产量的有效方法。然而,厌氧发酵技术是以处理废弃物为主要目的的低利润工艺技术,高成本的酸预处理技术不具有商业可行性。另外,因厌氧发酵工艺限制(产甲烷菌的最适宜p H环境为6.8-7.2),酸预处理后的玉米秸秆需冲洗至中性后进行厌氧发酵,这导致了秸秆成分中半纤维素水解的还原糖会随冲洗流失而浪费了发酵基质,影响厌氧发酵过程中的甲烷产量。为了拓展低成本酸预处理的有效途径,本研究采用糠醛生产过程中产生的糠醛废水代替常规酸催化剂进行预处理,并将预处理形成的全部浆液直接作为原料用于厌氧发酵,达到变废为宝、降低糠醛废水和秸秆无害化处理成本、避免还原糖流失和环境污染、提高甲烷产量的目的。为了验证糠醛废水预处理玉米秸秆全浆联合厌氧发酵的可行性,本研究将从以下两个方面进行探讨:(1)在不同预处理温度和时间下,分析糠醛废水预处理对玉米秸秆各成分降解率、预处理浆液理化特性以及全浆厌氧发酵性能的影响,进而初步得出糠醛废水预处理玉米秸秆全浆联合厌氧发酵的最佳预处理条件。(2)以最佳预处理条件为基准,进行中心复合设计(CCD)试验,通过响应曲面进一步优化预处理条件,并利用通径分析探究糠醛废水预处理影响生化甲烷势(BMP)主要途径,最后对不同预处理条件的厌氧发酵进行能量转化评估,为糠醛废水预处理的实际应用提供理论指导。主要结果与结论如下:(1)糠醛废水预处理玉米秸秆全浆联合厌氧发酵是具有可行性的。糠醛废水预处理打破了玉米秸秆致密的木质纤维素结构,使木质纤维素中各成分得到不同程度的降解,其降解率幅度为:可溶性物质(6.07%-32.05%),半纤维素(5.79%-20.06%),纤维素(0.83%-9.23%),木质素(0.38%-3.71%),预处理后的浆液用于厌氧发酵为微生物提供了营养基质;全浆联合厌氧发酵改变了发酵系统初始环境和发酵过程中还原糖含量、挥发性脂肪酸含量和p H值的最大值、最小值及其出现时间,提高了厌氧发酵性能,进而影响了下游的产甲烷能力。(2)修正的Gompertz模型表明,虽然单独的糠醛废水添加增加了厌氧发酵的延滞期,由0.91d延长至1.15 d,但在一定温度和时间的预处理下可以减缓延滞期的增加(T5组延滞期为1.10 d)。当糠醛废水预处理条件为35℃、6 d时(T5组),获得最大累计产甲烷量(196.68 m L/g VS),与对照组(123.48 m L/g VS)相比提高了59.28%。(3)CCD试验表明,在35℃和6d的预处理条件下,厌氧发酵具有最高BMP,通过响应曲面法(RSM)优化后,糠醛废水预处理的最佳条件为40.69℃和6.49 d,且通过方差分析得出温度对BMP的影响大于时间。另外,由于糠醛废水的添加补充了发酵系统的氮源,使得糠醛废水预处理组的甲烷含量达到56.60%至74.13%之间,远高于CK的50.63%。(4)通径分析表明木质纤维素降解率对BMP呈现出最高的决策系数(0.7006),远高于还原糖含量、挥发性脂肪酸含量和p H对BMP的决策系数,因此木质纤维素降解率对BMP具有最大的综合决定作用,是影响BMP的主要因素。通过对糠醛废水预处理进行能量评估,可以更全面的评价其预处理效果。结果表明,预处理条件为35℃和6 d时,其净剩值显示出最高值(0.6201),该预处理条件下净能量效益最大,预处理效果最好。