我国是农业大国,每年产生的农作物秸秆资源量丰富,秸秆资源的不合理利用带来大量的环境污染和资源浪费问题。秸秆厌氧发酵技术为秸秆资源化利用提供了有效途径。但由于秸秆自身结构原因导致厌氧消化启动慢、产气率低。因此需要对秸秆进行预处理来破其内部结构,提高厌氧发酵产气率。生物预处理能够有效的破坏秸秆内部结构,降解木质纤维素,利用生物复合菌预处理的研究也备受关注。目前,对复合菌预处理技术的研究开展很多,但是相关配套装置的研究方面还不成熟。预处理装置的设计、预处理过程各项参数的监测、预处理后传递物料与厌氧发酵过程配合连续生产、预处理过程中生物热的研究和利用等问题有待深入的研究。基于以上问题,自行设计了秸秆兼氧预处理装置,由筒体、双螺旋螺带搅拌装置、温度监测系统、通风系统、供热系统等几部分组成。在预处理装置中,秸秆在好氧及微好氧微生物的联合作用下使木质素、半纤维素和纤维素等大分子物质快速降解转化为小分子物质与水溶性物质,水溶性物质随渗滤液进入料液储存罐后根据工艺定量可以进入厌氧反应罐。预处理装置的绞龙在正常工位下实现对物料的搅拌,进料工位时则可将降解后的固态物料输送至后续的厌氧发酵装置。该输送过程不仅实现了反应物料的输送,也将好氧、微好氧条件下的生化反应热以物料显热的形式输送到厌氧发酵装置,为厌氧发酵过程提供热量。为了验证秸秆预处理装置的预处理效果,进行了玉米秸秆进行复合菌剂好氧预处理初步试验研究。结果表明预处理后秸秆的的半纤维素降解率33.22%,半纤维素降解率21.94%,木质素降解率30.63%。对处理后玉米秸秆进行扫描电镜分析,发现秸秆得到明显的降解,微观结构表面出现大量裂缝以及孔洞。但是分解效果相比在30L小型预处理装置上试验的效果略低,工程应用仍需调整各项运行参数进行试验研究,使预处理反应产热及秸秆分解效果达到最佳状态。接着在预处理装置上进行了通风量对玉米秸秆复合菌预处理的影响试验研究,优化装置的通风参数。在预处理装置上进行了四种不同的通风方案下,玉米秸秆复合菌剂预处理效果试验。试验结果表明,在固定通风量的情况下,通风量过大或过小,均对秸秆分解产生不利影响,造成微生物对物料的分解不充分。在反应的不同阶段,根据出气口尾部氧气含量的变化调整通风量,可以使微生物得到充足的氧气,加速分解利用秸秆中的有机物,同时也保证温度和水分不会散失过快。该通风方案下,物料能升高的温度最高,利于后续厌氧发酵利用其产生的热量,同时预处理后秸秆的分解效果也最好,可以作为厌氧发酵的优质原料。根据试验结果,分析预处理过程的产热特性,利用预处理过程中温度与时间的曲线,拟合出温度时间的多项式。然后按照能量守恒原理建立温度场的数学关系式,得到导热微分方程。经过公式推导,引入测得的物性参数,得到内热源的生产热经验公式。为了进一步验证经验公式的准确性,采用fluent软件对秸秆兼氧预处理装置内的温度场进行了模拟分析,模拟结果与试验结果趋势基本吻合。表明模拟结果正确,证明前面建立的数学模型是准确的,对以后的试验工作有参考意义。可以运用建立的Fluent模型预测和分析预处理过程中温度场的实时分布于变化情况,调整优化搅拌装置、出料装置、通风量大小等参数。对后续为厌氧发酵装置供热的换热装置的设计及布置工作起参考作用。