厌氧发酵制取沼气技术是农作物秸秆资源化利用的重要途径,随着对可再生能源技术的开发,农作物秸秆制取沼气技术及其工程实践取得较大进展。但由于秸秆中木质纤维度结构致密,不易降解,需要对秸秆进行预处理来提高厌氧发酵过程中秸秆产气性能。本文研究了尿素与粉碎、水热和超声波三种联合预处理方式对提高秸秆厌氧发酵产气性能的影响,并进行预处理条件优化,通过动力学研究分析预处理后的玉米秸秆厌氧发酵产气性能,以期为秸秆沼气的推广应用提供科学的参考。在尿素与粉碎联合预处理试验研究中,选用尿素和粉碎进行玉米秸秆预处理,预处理中选定预处理时间(5 d,10 d,15 d),尿素质量浓度(45 g/L,50 g/L,55 g/L),玉米秸秆粒径(0.8 mm,3.3 mm,5.8mm)三个因素为自变量,以预处理后玉米秸秆累积沼气产量为响应值,分析尿素与粉碎预处理条件对秸秆厌氧发酵产沼气的影响。结果表明,尿素与粉碎预处理可以明显提高玉米秸秆产沼气性能,优化得到的预处理条件组合为:预处理时间10.82 d,尿素质量浓度48.67 g/L,玉米秸秆粒径小于12目。验证试验在最优预处理条件下预处理后玉米秸秆厌氧发酵累积沼气产量为693.3 mL/g VS,与模型的预测值707.314mL/g VS较为接近,其相对误差为1.98%,验证试验中最高甲烷含量达到73.11%。在尿素与水热联合预处理试验研究中,选定尿素质量浓度、预处理温度和预处理时间三因素进行玉米秸秆预处理,通过对预处理后玉米秸秆累积沼气产量的模型拟合及动力学研究,分析不同预处理条件对玉米秸秆产沼气的影响。结果表明,预处理温度对玉米秸秆产沼气的影响程度高于尿素质量浓度和预处理时间的影响,考虑预处理成本,最佳的预处理条件组合为:尿素质量浓度44.05 g/L,预处理温度40℃,预处理时间29 h。试验组19的累积产气量最高,达到527.31 mL/g VS,与对照组试验未预处理的玉米秸秆厌氧发酵累积沼气产量为178.37mL/g VS相比,增加了195.6%。在尿素与超声波联合预处理试验研究中,通过单因素试验设计分析联合预处理中尿素质量浓度、预处理温度和预处理时间对玉米秸秆产沼气的影响。结果表明,随尿素质量浓度增加、预处理温度降低、预处理时间增加,预处理的玉米秸秆厌氧发酵总产量升高,预处理的玉米秸秆厌氧发酵启动情况优于其他两种联合预处理。所有试验中,当预处理条件是尿素质量浓度50 g/L、预处理温度50℃、预处理时间80 min时,尿素与超声波联合预处理后玉米秸秆厌氧发酵总产气量最高,为5018.50 mL。本文得出上述联合预处理的最佳条件并探究了预处理后玉米秸秆厌氧发酵的产气特性,为秸秆的预处理提供了科学的参考。