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玉米秸秆作为我国分布范围广,产量较大的一种农业废弃物,其资源化利用受到广泛关注。利用厌氧发酵产甲烷技术处理玉米秸秆,是使其变废为宝的有效手段。但是,由于玉米秸秆结构致密、复杂,直接厌氧发酵存在产气效率低、发酵周期长的问题,预处理技术能够明显提高玉米秸秆厌氧发酵的效率。其中底物的化学预处理技术应用最为广泛,但是传统的化学预处理技术存在化学药剂用量大、预处理废液等问题。针对以上问题,本论文研究了玉米秸秆厌氧发酵的固态预处理技术。该技术化学药剂用量少,预处理过程中无废液产生,并且可在室温下、物料储存中进行,厌氧发酵前无需固/液分离。此外,采用的预处理药剂在发酵残余物中得以保留,对厌氧发酵残余物的资源化利用具有重要意义。本文以玉米秸秆为发酵底物,分别采用氢氧化钾(KOH)、尿素对玉米秸秆进行固态预处理。本研究的目的是探究不同预处理条件对玉米秸秆纤维组分和结构的影响,结合可溶性底物(SCOD)、挥发性脂肪酸(VFAs)和氨氮浓度分析玉米秸秆厌氧发酵产气性能,使用Modified Gompertz(GM)方程对试验数据进行模拟和理论预测,综合分析为玉米秸秆厌氧发酵工程化应用提供理论依据和参考。主要研究成果如下:(1)KOH固态预处理玉米秸秆后,最终pH值范围为7.5~8.4,可以直接进行厌氧发酵且无需调节pH。预处理有效去除了玉米秸秆中的木质素,其次是半纤维素,纤维素含量仅略微降低。8%KOH组木质素的降解率最高,达到了16.14%(相对于对照)。预处理组厌氧发酵期间的SCOD和VFAs浓度高于对照组,8%KOH组获得最高SCOD和VFAs浓度,分别比对照组提高了108.3%和321.7%。预处理组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆厌氧发酵效率。8%KOH组获得最高甲烷产量为258.0 mL/g VS,比对照组提高了27.9%,并且甲烷产率与KOH浓度成正相关。综合分析得出8%KOH固态预处理玉米秸秆厌氧发酵产甲烷性能较优。(2)尿素固态预处理玉米秸秆后,最终pH值范围为6.7~7.5,可以直接进行厌氧发酵且无需调节pH。预处理有效去除了玉米秸秆中的木质素,其次是纤维素和半纤维素。碳氮比(C/N)为15:1组木质素的降解率最高,达到了7.06%(相对于对照)。预处理组厌氧发酵期间的SCOD和VFAs浓度高于对照组,C/N=15:1组获得最高的SCOD和VFAs浓度,分别比对照组提高了15.9%和40.5%。预处理组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆厌氧发酵效率。C/N=15:1组获得最高甲烷产量为250.0mL/g VS,比对照组提高了19.3%。综合分析得出C/N=15:1组尿素固态预处理玉米秸秆厌氧发酵产甲烷性能较优。(3)8%KOH固态预处理后直接添加尿素组获得更高的累积甲烷产量,并且提高了玉米秸秆的厌氧发酵效率。预处理后调节C/N=25:1组累计甲烷产量为324.8 mL/g VS,比对照组提高了20.2%。预处理后调节C/N=25:1组获得最高的SCOD和VFAs浓度,分别比对照提高了134.8%和404.8%。预处理后调节C/N=25:1组沼渣、沼液中重金属含量均低于国家有机肥限定标准,总养分含量高于国家有机肥限定标准,可尝试作为有机肥原料使用。预处理后调节C/N=25:1组的沼渣中钾和氮含量分别比对照组提高了207.9%和4.5%;沼液中分别比对照组提高了463.0%和18.4%。综合分析得出,玉米秸秆经8%KOH固态预处理后调节其C/N=25:1是一种高效的提高玉米秸秆厌氧发酵的固态碱处理方法。