基于高效沼气发酵的高木质纤维素类废弃物生化预处理结构解析和耦合强化机制研究

高木质纤维素废弃物如玉米秸秆、稻草和醋渣等是生物质沼气发酵的重要原料，高木质纤维素废弃物的预处理是提高沼气发酵效率的重要前提和技术难点。本课题研究了NaOH、KOH、Ca(OH)2常温预处理对玉米秸秆中温厌氧消化性能的影响，并创新提出了NaOH、KOH分级预处理和NaOH联合Ca(OH)2预处理三种方法，以提高木质纤维素类生物质的厌氧消化性能。综合考虑产气效果以及经济成本，4% NaOH联合2% Ca(OH)2预处理是具有成本效益的高效的预处理木质纤维素类生物质的技术，可以作为NaOH单独预处理的有效替代方法。KOH完全可以替代NaOH作为预处理产气的有效手段。本研究的创新在于首次提出了分级碱液预处理，在提高预处理效率的同时减少了碱液的使用量，减轻了高浓度碱液离子带来的抑制作用及后续的碱液回收。课题还研究了微生物预处理及其与碱耦合预处理的效果，并将化学、生物和环境学科知识结构充分融合，以不同物质组分（木质素、纤维素和半纤维素）废弃物的内部化学结构转化解析入手，分析了化学预处理、生物预处理和生化耦合预处理的化学物质形态迁移规律和相互强化作用机理，结合生物质沼气发酵性能分析，提出最佳工艺和参数，并揭示出内部作用机制。本研究的结果将为改善木质纤维素原料的预处理效果、提高厌氧消化产气效率提供参考，并为工艺优化和工业化应用奠定基础。