1、1滇池水葫芦经济利用城建学院 环境工程 序号：7摘要: 水葫芦在富营养化水体中水葫芦生长速度近乎疯狂，若不及时打捞，会覆盖水面，堵塞河道，影响航运，阻碍排灌，在汛期阻碍水流，最终腐烂变臭，污染水质。浓密的水葫芦还降低了光线对水体的穿透能力，影响水底生物的生长，并增加水中二氧化碳的浓度，降低水产品产量，因此水葫芦被有些学者列为“世界十大害草”之一。水葫芦是滇池污染的主要因素，运用经济资源化利用水葫芦研究，可以在治理和减轻污染的同时带来经济效益，一举两得。关键词:昆明滇池污染，水葫芦，富营养化，水污染，危害，治理，资源化利用，综述，固体燃料，气体燃料，液体燃料水葫芦，学名凤眼莲(Eichhorni
2、a crassipes)，雨久花科，俗称布袋莲、水荷花、假水仙。水生直立或漂浮草本。叶直立，卵形或圆形，光滑，叶柄长或短，中部以下膨大如球，基部有鞘状苞片，花茎单生，中部亦具鞘状苞片，穗状花序呈蓝紫色。水葫芦是 50 多年前从南美的巴西引进来的，属外来物种。它喜欢生长于温暖向阳及富含养分的水域中，无性繁殖能力特别强，每年的九、十月份是生长旺季。在适宜的条件下，每 5 天就能繁殖新株，也能开花结实产生种子而进行有性繁殖，一枝花大约结 300 粒种子。一公顷水面的水葫芦就能挤满 200 万株，重达 300 多吨。水葫芦含有的氨基酸种类.必需氨基酸 非必需氨基酸精氨酸 异亮氨酸 蛋氨酸 苯丙氨酸 缬
3、氨酸 赖氨酸 苏氨酸 色氨酸 亮氨酸谷氨酸 天冬氨酸 丝氨酸 脯氨酸 丙氨酸水葫芦的营养成分（）.样品 水分 粗蛋白 粗脂肪 粗纤维 无氮浸出物 粗灰分鲜质量 93.9 1.20 0.20 1.10 2.30 1.30干质量 0 19.67 3.28 18.03 37.70 21.32水葫芦常量元素、微量元素含量.常量元素/ 微量元素质量比/（mg/kg）N P2O5 K2O S Ca Fe Cu Zn Ni Cr3.30 1.28 3.36 0.40 1.66 0.72 36.0 170 57.8 12.3在昆明滇池，自从水葫芦引进以来，水葫芦在滇池疯长，给滇池水体造成巨大的影响，原本清澈的
4、滇池水变脏变臭。中国很多地区都有被水葫芦污染的情况出现，如杭州富春江水库，受水葫芦之害的富春江水力发电厂、严子陵钓台管理处等单位，每年都要组织人力2打捞处理 1000 多吨水葫芦，以保证正常航运和发电，为此要耗费不小的人力、财力。水葫芦虽然是一种对环境有害的水生植物，已经对环境水体造成了很多污染，但是如果可以资源化利用水葫芦本身，那么就可以在治理污染的同时，又可以获得一定的经济效益，造福人类。已经有很多人对水葫芦的资源化利用进行研究，据资料显示，水葫芦内含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、胡萝卜素、总黄酮等营养物质和多种微量元素，是极具开发潜力的物种。每亩水面可产水葫芦 60 吨以上，鲜汁可提取
5、 40 吨，鲜汁既可用于功能饮料的营养添加剂，又可将鲜汁萃取干粉，它是一种高级营养素，既可作食品饮料和营养添加剂，也可作保健品和药品。水葫芦含有丰富的蛋白质，一株去除了水分的干水葫芦含 20%蛋白质，含量是一粒大豆的一半。这意味着，若有 5 万公斤的水葫芦，去除 90%以上的水分，剩下 0.5 万公斤干水葫芦，相当于 2500 公斤大豆。利用干渣、根和枯叶作肥料。水葫芦榨汁后的干渣约占 10%；根、叶粉碎烘干后每亩约 2 吨，以 40%的配比，可生产复合肥料 5 吨。现在对水葫芦的开发和利用有，制成蔬菜，制成饲料，将根和枯叶用作复合肥料的原料，利用水葫芦鲜汁，从中提取营养素，加工提炼食品、保健
6、品、药品及营养添加剂。目前，中科院武汉水生所已成功生产出水葫芦复合肥。净化污水。事实上，水葫芦是净化污水的“生态功臣”。专家指出，在适宜条件下，一公顷水葫芦能将 800 人排放的氮、磷元素当天吸收掉。24 小时内每克干重水葫芦能从污水中除去隔 0.67 毫克、铅 0.176 毫克、汞 0.150 毫克、银 0.65 毫克、钴 0.57 毫克、锶 0.54 毫克。一般情况下，3 年时间内它就可将污水净化到常用水质标准，而投资仅需现行治污工程的 20%以下。利用水葫芦净化污水是一种成本低廉、节约能源、效益较高的简便易行方法。水葫芦也可以制作盆景，有关植物专家介绍，水葫芦作为普通绿色植物，成活率非常
7、高，因此种植起来简单。也可以利用水葫芦治病，水葫芦可以医治多种疾病。中药大辞典有记载：水葫芦，清热解毒、祛风出湿。治热疮、关节炎、风湿病。可内服也可外敷。配藻莎可治风热感冒，配升麻可透发斑疹，也可行水消肿，配蝉蜕可治皮肤瘙痒。已经有人研究水葫芦作为固体燃料：用作干料焚烧。将水葫芦晒干后直接焚烧，在能源比较紧缺的地方这是处置水葫芦快而又有效的方式。但水葫芦成海绵空心状茎体,使得新鲜水葫芦含水率高达 90左右，即使将水葫芦含水率降低到 10 ，直接燃烧其热值也不超过 13 GJ m3i“ ，与木材的热值 98CJm3 相比，将水葫芦焚烧处理经济上利用价值不大。然而将晒干的水葫芦粉碎后过筛，切成 6
8、 mm 长的小段，再经机械压缩制成块状或球状的固体燃料，这将大大提高燃料的燃烧值。成品燃烧值达到了 83GJm3，几乎可以3与燃烧值为 96GJm3 的木炭相当。但是该固化成型技术要求原料产品的含水率在 10 15之间，而一般水葫芦的含水率高达 90左右，故在降低水葫芦含水率的过程中将需要消耗较大的人力和物力，则增加了该技术的处理成本。用于制作木炭。因为水葫芦含有大量的木质素和纤维素，经过高温、气化分解和碳化后可以制得木炭，同时可以收获副产物气化气作为能量利用。水葫芦干物质中的灰分含量高达 40 ，故不能生产出高质量高热值的木炭。并且在制作时需要的高温条件和水葫芦脱水也会消耗很大的能源，投资成
9、本加大，所以推广应用起来有一定的难度。作为液体燃料，水葫芦纤维素含量高于木屑和 蔗屑，而木质素的含量低于木屑和甘蔗屑，这表明水葫芦在生物质能源化的过程中，可利用的纤维素高于木屑和甘蔗屑，而剩余的残渣少于木屑和甘蔗屑。所以水葫芦经过晾晒或降低含水率后，具备了生物质能源转化的条件。采用水解和发酵技术可以生产液体燃料 乙醇。水解和发酵水葫芦中的纤维素生成可供酵母发酵的糖类，而这些糖类在水葫芦中的含量很低，因此要对发酵原料进行一定的预处理，使其中的糖类更加适合水解过程需要。水解酶是可供选择的方法之一，但水葫芦较高的木质素含趋影响了水解酶的作用。Mishima 等利用水葫芦生产乙醇，结果表明，利用水葫芦
10、生产乙醇的产量与其他农业废物生产乙醇的产量相当，放在发酵条件成熟后生产乙醇还是可行的。而 Thomas 认为水葫芦水解发酵需要进行预处理，这需要较大能源，生产成本高，故其实用性不高。若是作为气体燃料，可以根据相关研究结果来看，用厌氧硝化法处理水葫芦，厌氧硝化法是指在断绝与空气接触的条件下，依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌的生物化学作用，对有机物进行生化降解的过程。将水葫芦厌氧硝化处理产气是目前研究的热点，在解决水葫芦出路问题的同时，还可以获得环境友好型的清洁能源以及优质的有机肥料一沼渣，符合环保循环经济的要求。根据所产气体的不同可分为厌氧产氢和厌氧产甲烷两类。厌氧发酵产氢，通过产氢发酵细菌的生理代谢
11、作用进行，通过对有机物的脱氢作用，平衡氧化还原过程中的剩余电子，保证代谢过程的顺利进行。国内外有关水葫芦厌氧产氢的报道不多，如果能够采取一定的预处理措施提高水葫芦中糖类含量，水葫芦厌氧产氢将有很好的发展前景。程军等以沼气池污泥和水葫芦为混合发酵底物研究厌氧产氢特性，结果表明，必须在沼气池污泥底物中加入优势产氢菌株作接种物才能产生大量氢气；但水葫芦高纤维素、低糖类的特性增加了产氢难度和限制了产氢气量，由此看来，这种方法来经济利用水葫芦是不可行的。厌氧产甲烷是指有机物质在一定的水分、温度和厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨4大、且功能不同的各类微生物的(主要是产甲烷菌)分解代谢，就是微生物的物质代谢
12、和能量转换过程，在分解代谢过程中沼气微生物获得能量和物质，以满足自身生长繁殖，同时大部分物质转化为甲烷。目前厌氧产沼气常用的接种物有新鲜牛粪、老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的硝化污泥等。一般将水葫芦与其他畜禽粪便或人粪尿混合发酵，因粪便可以为水葫芦发酵提供更多微生物数量，更丰富的生物多样性以及更多的养分，可增加水葫芦的产气量与产气效率。而 Matsumura 研究利用超临界水提取水葫芦体内的有机物后，再经过厌氧产甲烷气体，但是成本高而可行性低。兰吉武等认为，在 35与 55相同接种比例条件下，55条件下产气量更大，产气速度明显加快，但系统酸化阶段没有明显缩短；并表明切分比粉碎的产气量
13、要大，因为切分孔隙率高，气体容易溢出从而促进了厌氧发酵反应的进行。魏世清等研究得出水葫芦与猪粪比例为 2：1 时，既保证了沼气产量与质量，又有较高的水葫芦比例；且认为温度为影响沼气产气量的重要因素。查国君实验得出，在 25恒温条件下，水葫芦总固体产气潜力为 634n6,g，VS 产气潜力为834mlJg，新鲜原料产气潜力为 3336mLg。而在水葫芦固液分离后的沼气发酵研究中，水葫芦渣与猪粪结合进行批量发酵试验，原料产气率为 50404 Lg，甲烷含量 65；水葫芦汁的产气潜力为 2192 mLg，COD 降解率达到 9127。胡晓明等以鲜水葫芦汁为原料，在 30C 恒温下，采用批量发酵工艺进
14、行发酵产沼气实验。水葫芦汁的 COD 降解率为 8643；COD 产气值为 312 mLg，甲烷含量能稳定在 55左右，气体可以持续燃烧。另外因为水葫芦中氮磷钾养分含量很高，且植株易腐烂，可切碎直接施于田中耕翻人土 。也可与其他有机物料混合堆制有机肥料，或直接利用其干粉作为有机肥料或土壤改良剂，或将干水葫芦燃烧后，灰分作为肥料使用。利用水葫芦中含有大量氮磷钾的特点，制作有机、无机复合肥也可以与其他有机物制作优质有机肥和有机一无机复混肥。国外也有学者将水葫芦作为钾肥与化学肥料混合，追施于沙质土壤中，结果显示，与单独施用化学肥料相比，能增加小麦和大麦的产量和品质(矿物质和蛋白质的含量高)。黄东风等
15、采用“微生物好氧发酵堆肥化技术”工艺生产出来的水葫芦有机肥料产品，其中水葫芦有机肥的有机质含量高达 4988 ，氮磷钾总养分含量为 11423 ，属优质的作物有机肥料。而每公顷水葫芦干质量有 30 t，可产 75t 复合混合肥，中国科学院水生生物研究所已成功生产出水葫芦复合肥品种。所以水葫芦制成肥料证明是一个很好资源化利用的方法。随着研究的深入，水葫芦资源化利用的方向也越来越广。如水葫芦晒干后，可以作为造纸原料。也有人将水葫芦的纤维用作天然橡胶的填料，所得橡胶产品的强度和模数增加，5张力下降，但产品的耐磨损强度低于掺混其他化合物的橡胶。水葫芦活体对水体中重金属有较强的去除作用，希望有更多的学者
16、研究出更有效的利用方法，通过各种途径，使水葫芦的问题能够得到解决。参考文献：【1】 MISHIMA D，KUNIKI M，SEI KEthanol production fromcandidate energy crops：water hyacinth(eichhomia crassipes)and water lettuce(pistia stratiotes L)JBioresourceTechnology，2007，98：5662【2】 THOMAS T H，EDEN R DWater hyacinth：a major neglectedresource，material science
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