生物沼气是经微生物厌氧发酵后产生的一种清洁、环境友好替代性能源。用于发酵的生物质诸如秸秆和废弃木材中含有丰富的纤维素、木质素等难以降解的高分子有机质,直接利用会在发酵过程中存在启动缓慢、发酵周期长、有机质利用率低等问题。在发酵前对底物进行必要的预处理是提高发酵效率的有效措施。传统的预处理工艺如碱预处理已得到广泛的研究,且已被运用于实践,取得了较好的经济效益。此类工艺在预处理过程中对底物结构、化学性质改变明显,但极易造成有机碳的损失,从而降低了有机碳的利用率,造成了资源的浪费,并且尾液容易形成二次污染,这一系列问题在预处理过程中一直被忽略。新型的预处理方法在提升产气效率的同时,对底物做有限的改变,降低了有机碳的损失。本文主要研究内容及结论:(1)麦秸在四种不同浓度的NaOH溶液(0%,4%,6%和8%wt)中预处理,预处理温度为中温35℃,时间为8天。结果表明:木质素随着碱浓度和预处理时间的增加而减少,水解率随着碱浓度和预处理时间的增加而增加。经过碱浓度为8%、时间为8天预处理后的麦秸的水解率(48 h水解)最高为22%,但同时有机碳的损失也达到了最高为0.2 g/g麦秸,评价预处理优劣的标准不能简单的考虑对产气的影响,还要综合考虑其它因素。(2)采用稀硫酸-γ戊内酯(GVL)预处理体系对麦秸进行预处理,分别考察了高温反应管流动液和中温批式两种预处理条件对麦秸在产气上的影响。在反应管预处理中,35天的发酵实验结果表明:反应管流动液预处理对提升甲烷产量有积极作用。经三个不同的预处理温度处理后的底物之间的产气量没有较大差异,但较未预处理的底物,甲烷产量最高增加了85%(未处理的麦秸甲烷产量为176m L/gVS);甲烷产气量随着酸浓度的增加而降低,0.05%wt硫酸预处理后的底物为323 m L/gVS,而经0.5%wt硫酸预处理后的底物甲烷产量为204 mL/gVS;回收利用0.2%wt和0.05%wt浓度的硫酸预处理液对麦秸进行预处理,其产气量较第一次使用没有较大变化,证明在该预处理体系下,回收液可以重复利用。中温批式预处理较反应管流动液预处理温度更低,操作更为简便。实验结果表明该种预处理方法对提高甲烷产量有明显的促进作用。被认为对微生物有毒性作用的GVL在本文被证明:低浓度的GVL可被厌氧发酵系统分解并促进甲烷产气量。结合厌氧发酵的特性,提出了GVL的代谢途径,并考察了GVL对微生物群落的影响。