秸秆作为一种理想的生物质能源,采用厌氧发酵产沼气技术对其进行资源化处理,既可避免传统焚烧秸秆带来的环境问题,又能提供清洁的沼气能源,是一种较为理想的处理方法。秸秆直接用来厌氧发酵,因其致密的木质纤维结构难以被微生物利用来产生甲烷气体,采用预处理技术可以很好地解决此问题。但使用单一的预处理方式,往往会带来时间长、成本高和环境危害大等问题,无法达到预期的预处理效果。而联合预处理技术作为一种新型、高效的预处理技术,将两种甚至多种方法的优点结合起来,可以有效解决单一预处理存在的不足,因其启动时间短,水解率高和产气性能优等特点,成为本领域研究热点。本研究以水稻秸秆为厌氧发酵材料,在中温（37℃）湿式批次发酵前提下,通过正交实验,考察了冰冻、碱液和冰冻-碱液联合预处理对水稻秸秆预处理前后的理化性质和厌氧发酵产气性能的影响及其动力学过程。利用L₉（3⁴）正交表进行正交实验设计,研究了冰冻时间、冰冻温度、碱液时间、碱液浓度四种控制条件因素在冰冻-碱液联合预处理中对秸秆产气性能的影响程度大小,并在此基础上,建立经济效益模型,分析出不同预处理的最佳控制条件,以期获得最大产气效益。研究结果表明,在冰冻预处理实验中,通过正交实验发现冰冻预处理在-60℃和24 h下获得最大产气量5762.6 m L和最大TS产气率191.53 m L g^-1,在-40℃和36 h下获得最佳木质素去除率。在碱液预处理实验中,通过正交实验发现碱液预处理在浓度6%和3 h下获得最大产气量9468.0 m L和最大TS产气率249.31 m L g^-1,在浓度8%和3 h下获得最佳溶出物COD浓度,达30846.67 mg L^-1。在冰冻-碱液联合预处理实验中,观察到影响联合预处理主要的四种条件对秸秆厌氧发酵产气性能影响程度顺序为:碱液时间>碱液浓度>冰冻温度>冰冻时间。最优的预处理条件为:冰冻温度为-40℃,冰冻时间为36 h,碱液浓度为6%,碱液时间为3 h,厌氧发酵产气总量含量为11363.88m L,甲烷含量为61.39%,TS产气率为276.55 m L g^-1,产气效益最高,达389.99元/年,且效果优于单一的冰冻预处理或碱液预处理。四种控制条件对秸秆厌氧发酵溶出物COD浓度影响排序为:碱液时间>碱液浓度>冰冻时间>冰冻温度。四种控制条件对秸秆厌氧发酵木质素去除率影响排序为:碱液时间>碱液浓度>冰冻温度>冰冻时间。冰冻-碱液联合预处理能减少水稻秸秆厌氧发酵反应停滞期,增大最大日产气率、拟合最大产气量和水解速率常数,且冰冻-碱液联合预处理与单独使用冰冻或碱液预处理相比更具有产气性能优势。