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由于秸秆结构复杂、致密,难以被微生物高效降解,需要利用有效的前处理破坏木质纤维素之间的连接,从而提高微生物对秸秆的可及性,实现秸秆在厌氧消化反应中的高效生物转化。利用氧化剂的氧化性降解秸秆中的木质素,并将部分纤维素、半纤维素大分子降解为小分子可溶性糖,破坏纤维素、半纤维素和木质素之间的缠绕包裹结构,便于厌氧微生物将糖类高效转化为甲烷等产品。本文通过大量试验发现常温过硫酸钠预处理和热活化过硫酸钠预处理均能破坏秸秆的结构,其中热活化过硫酸钠的预处理效果最好,能明显破坏木质纤维素的复杂结构,从而促进厌氧消化反应的进行。本文考察了常温下Na2S2O8预处理和热活化Na2S2O8预处理两种不同的预处理方式对玉米秸秆预处理效果的影响。通过单因素试验比较不同影响因素对预处理效果的影响,并利用正交试验和单因素试验结合的方式得到最优预处理条件,然后选择预处理效果最佳的热活化Na2S2O8预处理作为玉米秸秆厌氧消化的前处理,探究热活化过硫酸钠预处理对厌氧消化性能的影响。试验结果表明:(1)通过单因素试验考察了 Na2S2O8投加量、预处理时间、固液质量比和溶液pH对常温Na2S2O8预处理效果的影响,结果表明Na2S2O8投加量为1%、预处理时间为32 h、固液比为1:10、溶液pH为6时预处理效果较好。除上述因素外,活化温度也是影响热活化Na2S2O8预处理效果的重要因素之一。通过单因素试验考察了各因素对热活化Na2S2O8预处理效果的影响,并利用正交试验进行优化,得出最优预处理条件:固液质量比为1:10、预处理时间为16 h、活化温度为50℃、溶液pH为5、过硫酸钠投加量为0.5%,此时秸秆降解率为23.43%,还原糖得率为16.75%。对比常温下Na2S2O8预处理和热活化Na2S2O8预处理效果,结果表明热活化Na2S2O8预处理效果更佳,常温下过硫酸钠预处理能达到的最高秸秆降解率为17%～18%,还原糖得率最高为13%～14%,而热活化条件下秸秆降解率可达到23%左右,还原糖得率最高可达到约21%,且达到最佳预处理效果的时间从32 h缩短至16 h。(2)将甲醇(MeOH)和叔丁醇(TBA)引入秸秆/Na2S2O8体系中,并结合EPR技术确定了常温下过硫酸钠反应体系中羟自由基·OH、硫酸根自由基SO4·-和有机自由基的存在。热活化条件下,过氧化物键的对称裂解形成SO4·-,同时根据EPR谱图结果判断热活化过程中·OH和SO4·-共同存在于溶液中。(3)观察热活化Na2S2O8和常温Na2S2O8预处理后的秸秆微观结构,与未预处理秸秆进行比较,可发现两种过硫酸钠预处理方式对破坏秸秆结构均能起到明显效用,但热活化Na2S2O8预处理效果更佳,结构破坏更彻底,增大了孔隙度,能有效破坏木质纤维素之间连接的化学键;预处理后秸秆纤维素结晶度均增大。(4)热活化Na2S2O8预处理能有效提高玉米秸秆的厌氧消化性能。热活化Na2S2O8预处理48 h不洗脱和预处理16 h不洗脱试验组的累积产甲烷量分别为4944 mL和4787 mL,分别比未预处理组提高了 26.80%和22.12%。洗脱操作后可溶性有机物的损失对提高产气量和累积产甲烷量具有不利影响。预处理试验组的系统稳定性均优于未预处理组,其中经过洗脱操作的预处理组系统稳定性最佳。