中国是全世界最大的水稻生产国,每年的产量约占世界总产量的31%,而水稻秸秆作为水稻收获后的废弃物,每年的产量可达到6.04X 109吨。目前,水稻秸秆的主要处理方式为焚烧或直接还田。这些处理方式不仅对环境造成了严重的影响,同时也浪费了大量的资源。使用厌氧发酵技术处理水稻秸秆,不但能实现水稻秸秆的合理利用,而且能产生甲烷这种清洁能源来缓解我国能源短缺以及环境污染的问题。为此,本课题研究了水稻秸秆厌氧发酵的基础条件,以及提升水稻秸秆产气性能的预处理和共发酵方法。首先,应用响应面法的中心复合设计法(CCD)研究了初始pH值、有机负荷以及接种比例对水稻秸秆厌氧发酵的影响。结果表明,有机负荷与接种比例对水稻秸秆厌氧发酵的累积甲烷产量影响显著,且两者之间出现交互作用。此外,通过响应面法的拟合分析可得:在初始pH值为7.75、有机负荷为20.6g-VS/L以及接种比例为0.75时,水稻秸秆厌氧发酵的累积甲烷产量达到最大,为252.4 mL/g-VS,生物降解率为52.89%。其次,使用KOH、NaOH、氨水、碱性过氧化氢(alkali hydrogen peroxide,AHP)、HCl、H2SO4、草酸、微波(microwave,MW)以及蒸汽爆破(steam explosion,SE)9种预处理方法对水稻秸秆进行预处理,并研究不同预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响。结果表明,碱预处理能显著地去除水稻秸秆中的木质素和半纤维素,且对水稻秸秆甲烷产量的提升效果要远高于酸预处理和物理预处理,尤其是3%氢氧化钠、3%碱性过氧化氢,其累积甲烷产量分别达到了 289.7 mL/g-VS和285.8 mL/g-VS,与未进行预处理的水稻秸秆的累积甲烷产量(151.8 mL/g-VS)相比,分别提高了90.77%、88.25%,生物降解率分别为63.82%和62.98%。但由于这两种预处理之间无显著性差异(p>0.05),且考虑到成本问题以及环境污染问题,因此,在本文所研究的9种预处理中,将3%碱性过氧化氢确定为水稻秸秆厌氧发酵的最佳预处理条件,并以此条件进行后续实验。最后,结合响应面法实验的结果,实验对经3%碱性过氧化氢预处理后的水稻秸秆与貉子粪、鸡粪、牛粪、猪粪和羊粪在不同混合比例下的厌氧共发酵产气性能及协同效应进行了研究。经协同性分析表明羊粪和牛粪不适合与预处理后的水稻秸秆进行厌氧共发酵,而貉子粪、猪粪、鸡粪则适合与预处理后的水稻秸秆进行厌氧共发酵。其中,鸡粪与预处理后水稻秸秆共发酵的比例在1:1时获得了最大协同效应指数、最大累积甲烷产量和最大生物降解率,其值分别为22.33%、384.7 mL/g-VS和82.99%。本课题对水稻秸秆的高效厌氧发酵进行了系统性地研究,不但为水稻秸秆的处理找到了一种有效的途径,而且为将来水稻秸秆在沼气工程中的高效利用提供了理论基础。