水葫芦面面观.doc

水葫芦泛滥之研究凤桥小学五3班科技小组一、背景。水葫芦，学名凤眼莲，又名水浮莲，雨久花科，俗称布袋莲、水荷花、假水仙。多年生草本，株高30-50cm，水生须根发达，漂浮水面或根生于浅水泥中，茎极短缩，具长葡萄枝。基部丛生叶片，莲座状，宽卵形或菱形，光滑，叶柄基部膨大成葫芦形，因而得名，中空有气，使植株浮于水面。穗状花序，蓝紫色，花期7-9月。1901年，水葫芦被作为观赏植物引入中国，上个世纪五六十年代被作为猪饲料推广，之后，水葫芦在中国便一发不可收拾。水葫芦主要在中国南方分布，由于北方河流有冻结期，水葫芦无法在自然状态下生存。在南方水葫芦已经泛滥成灾，比如现在的珠江水系已经遍布水葫芦（据统计，珠江水系水葫芦每十年数目增长十倍！）目前，水葫芦已被列为世界10大害草之一，国家环保局已把它列为首批最危险的16种外来入侵物种之一。水葫芦覆盖率水面超过三成造成了诸多弊端：1、阻断航道，影响航运和排泄，成为农业水利、水利环保的头号敌人。2、限制了水体的流动，水体没有阳光照射，变得发臭，使水体中的溶氧量减少，抑制了浮游生物的生长，破坏了河涌生态环境。3、为血吸虫和脑炎流感等病菌提供了滋生地，滋生蚊蝇，为蚊子的幼虫提供了呼吸和繁殖的机会。4、破坏饮水资源。由于造成堵塞，水体不能自由流动，各种污染源如重金属元素及其对人体危害的其它微量元素不能有效清除，人直接或间接吸纳到有污染的水源。5、水葫芦覆盖水面也加大了水的蒸发量，比敞开水面的蒸发量高出810倍，造成水源损失。6、对水源采水点的淡水水质的影响。大量的水葫芦覆盖水面会使水的PH值降低；CO2浓度增高；水的嗅值浓度、色度增高；水中的酸度也增加，使水资源的使用价值大大降低，直至不能饮用。因此治理水葫芦刻不容缓。二、研究目的与假设水葫芦泛滥造成的环境问题已成为人们关注的热点话题。它入侵所造成的危害也已经引起各级政府和环保组织的广泛关注。通过对水葫芦泛滥的课题研究，了解水葫芦的生物学特征、生活史、泛滥成因及防治对策，从而为解决水葫芦泛滥问题提供对策及实践方案。并且初步学会调查研究、对照实验、资料收集和处理等方法，增强人们的环保意识和社会责任感，培养同学之间团结合作、坚韧不拔和自主探索的精神。三、研究内容先建立课题组并确立研究的对象，然后利用研究性学习课堂时间调查部分河流、湖泊的水葫芦分布情况，观察水葫芦形态结构和生活环境。上网查找资料，参考文献，初步了解水葫芦，接着调查我镇现状，了解水葫芦在我镇的分布。在取得一定数据后全组人员讨论，制定计划，并确定研究重点。再去实地采集水葫芦及水葫芦生长处的水质。进行实验（观察有污染的水与水葫芦数量的多少和金鱼成活天数的关系），得出结论。上网查看前人做水葫芦试验的文献资料，整理资料，进行总结,写课题报告。 四、研究方法A、调查。利用研究性学习课堂时间调查我镇部分河流、湖泊的水葫芦分布情况，观察水葫芦形态结构和生活环境。B、收集资料。收集有关水葫芦研究的各项资料，总结他们的研究结果，为我们的研究作好有力的支持。C、实验。取5只鱼缸，分别贴上标签A、B、C、D、E，各放入5升洁净的池塘水、一节打过洞的1号废电池和一条健康的、大小体重相近的同种金鱼，定期喂养；然后茬B、C、D、E中各放入水葫芦50克、100克、150克、200克。观察金鱼生存的情况。D、撰写课题论文，班级交流。（一）水葫芦危害的调查研究。A、实地取景。B、从实地调查后得出：许多地方大量滋生蔓延，严重破坏生态环境。水葫芦泛滥严重影响了水系的生态环境、百姓饮水安全和防洪通航安全。（1）、水葫芦的过量繁殖，造成了水质恶化，大量水葫芦覆盖河面，挡住阳光，导致水下植物得不到足够光照而死亡，从而导致水生动物死亡。（2）、水葫芦泛滥已威胁到群众的用水安全，密集的水葫芦使水体流速大大下降，水生植物大量死亡，使水体变黑变臭，水质加速恶化，形成恶性循环，严重污染供水水源。（3）、大量的水葫芦淤塞河道，造成了河道排洪排涝受阻。C、走访调查。群众反映：（1）大量的水葫芦淤塞河道，船只不能通行。（2）水葫芦的过量繁殖，导致水下植物得不到足够光照而死亡，从而导致水生动物死亡，加上水葫芦自身的死亡，使水体变黑变臭，水质加速恶化。（3）如此恶性循环，最终造成人畜饮用水的污染，引起更大的环境问题。（二）水葫芦利用的调查研究。资料调查。资料1 水葫芦的利用与开发2007-09-10 10:29课题组成员:王宗明,李阳,刘博程,金磊,郑天浩指导教师:郑国强学 科:植物学研究背景:水葫芦,学名凤眼莲(Eichhornia 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.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,因此有些学者将之列为世界十大害草之一.水葫芦现已在中国很多地区泛滥成灾.如在杭州富春江水库,这些水生植物一大片一大片地连在一起,放眼望去水面俨然是一片看不到边的绿色草地,有些地方的厚度居然达到四五十厘米.多年来,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.如上海市市容环卫部门和水利部门每年也要花掉近500万的打捞费,打捞水葫芦等漂浮垃圾,在水葫芦生长高峰期,总重量约有200万吨的水葫芦覆盖了上海市约25%的内河水域.为此,上海市曾每天出动 2000多条船, 8000多人次,打捞水葫芦上万吨.研究综述:据我们调查,现在对水葫芦的开发和利用主要有:1,鲜水葫芦的简单利用:一是制成蔬菜,水葫芦的鲜花,嫩叶,茎鲜味可口,清香甜润,可直接食用,也可作鲜汤,菜食用;二是制成饲料,水葫芦叶,茎切碎用作鸡,鸭,鱼,猪,牛,羊等禽,畜的青饲料,每亩年产量60吨以上,可供3040头猪饲用;三是将根和枯叶用作复合肥料的原料.2,利用水葫芦鲜汁,从中提取营养素,加工提炼食品,保健品,药品及营养添加剂.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.3,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.目前,中科院武汉水生所已成功生产出水葫芦复合肥.4,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.研究表明,水葫芦甚至能将富营养水质转化成可直接饮用水.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.5,制作盆景.其实,水生植物作为盆景从来都是方便而新鲜的,水葫芦也不例外.如上海,广州有些单位,他们把水葫芦变为盆景,成为美化环境的有用植物.有关植物专家介绍,水葫芦作为普通绿色植物,成活率非常高,因此种植起来简单.6,制作家具.由于水葫芦不需花钱买,每当夏秋季节,水葫芦生长旺盛,只要花一些人工下河捞取就行.而且由水葫芦制成的家具不含甲醛,兼有环保,新颖等特色,所以特别受一些白领和艺术家的追捧.如2003年成立的上海水葫芦环保家具有限公司,是一家注册资本仅50万,但第一年就实现利润40万的公司.目前该公司一个月要生产300件家具,但还跟不上市场的需求.7,种植食用菌.古田县长安汽车有限公司的职工将水葫芦用于试种食用菌获得成功.他们将水葫芦粉碎渣试种竹荪,大球盖菇各一平方米,于2004年底获得收成:大球盖菇收11公斤,产量与现行用木屑,稻壳,刨花等为培养基的种植方式基本相同;竹荪收成0.25公斤(干品),略低于现行的用棉籽壳为培养基的0.3公斤(干品)左右,但用水葫芦粉碎渣作培养基因其易腐烂,生长期可提前约一个月.之后,他们又进行了食用菌生产中最难的银耳试种,经过发酵,晾晒以及改变辅料配方等一系列反复试验,终于在鸡年来临前夕获得成功:试种的10袋用水葫芦粉碎渣作培养基因的银耳菌筒,除了个别菌穴感染变黑外,袋袋均长出银耳,一般均有碗大,朵型,色泽于平常无异.8,利用水葫芦治病.水葫芦可以医治多种疾病.中国人的祖先早就发现了水葫芦的医药价值.根据古书神农本草经,本草纲目,本草遗,滇南本草的记载,其中描述的浮萍,水葫芦的形象,与现在的水葫芦非常相似,入药效果极好.本草纲目水萍篇明确表示,水萍可医治伤寒,水肿,消渴,吐血,手脚发冷,脱肛,风热隐疹,风热丹毒,汗斑癜风,大风痢疾,毒肿初起,甚至可烧烟去蚊.今天的中药大辞典也清晰地写着: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.研究目的:开发利用,趋利避害水葫芦.研究意义:1,学生科技创新能力的培养.2,开发和利用水葫芦,既可减少危害,又能带来巨大的社会效益.研究内容:1,水葫芦营养物质的定性检测2,水葫芦营养物质的定量检测取1000克水葫芦,测定其中糖类,脂类,蛋白质的含量3,饲养法用水葫芦饲养几只鸡或鸭,看有无异常出现,或有异常情况时是否与水葫芦有关.4,水葫芦净化污水的鉴定(借助浙江大学生化实验室资源)把河水放入5盆花盆,每盆种植几株水葫芦,每隔一天测定5盆水中各元素平均含量.5,种植食用菌的尝试用水葫芦粉碎渣试种蘑菇,香菇,平菇,金针菇等食用菌.6,市场调查杭州有无利用水葫芦作原料的产品研究方法:文献查阅法,调查法,实验法预期成果:研究论文困 难:1,由于本课题在2005年3月确定,4月通过.而水葫芦的生长有季节性,每年的九,十月份是生长旺季.所以由于材料的原因,有些实验只有在九,十月份才能进行.2,水葫芦富集重金属离子能力很强,必然会影响食用和做培养基.但开发和利用的水葫芦,都是在江河湖泊中自然生长的,都有可能有富集重金属离子的现象,这对开发和利用带来一定的难度和说服力.参考文献:1,徐在宽:水葫芦对水质改良效果的研究,江西水产科技,2002年04期2,蔡成翔,王华敏,张宗明:水葫芦对五种重金属离子的去除速率与富集机制研究,广西右江民族师专学报,2002年06期 3,江洪涛,张红梅:国内外水葫芦防治研究综述,中国农业科技导报,2003年03期 4,张祖堂,李强:水葫芦代粪草栽培姬松茸试验初报,食用菌,2003年05期5,崔立,肖怀平,陈鲁勇,徐燕,黄赢子,褚建君:淀山湖水葫芦用于饲喂生长育肥猪的效果研究,饲料工业,2004年03期 6,杨宣华,麦焯棉,许波,罗岚,潘卫南,罗月兰:水葫芦培养料栽培平菇试验,佛山科学技术学院学报(自然科学版) ,2004年03期7,蔡成翔:水葫芦对Zn2+,Cd2+和Fe3+的去除速率,云南环境科学,2005年01期资料2 水葫芦综合利用技术问题解决 变废为宝工程还需政策面支持( 2007年12月6日于上海新闻 )水葫芦第五次大规模入侵申城，势头之猛、数量之多是历年之最。尽管市水务部门、环卫部门积极协调各方连续不断打捞，但目前打捞上来的水葫芦仍在采用填埋方式。“水葫芦变废为宝，综合利用的技术问题已经解决，要真正综合利用亟待政策等多方支持。”12月5日上海市环境科学研究院教授级高级工程师黄沈发强调，我们在对水葫芦打捞时，如能把水葫芦潜在的利用价值开发出来，就可在创造价值的同时大量消耗水葫芦，使其变害为利、变废为宝，使水葫芦的治理达到一举多得效果，才是根治水葫芦根本出路。简便利用据黄沈发透露，本市首先研制以水葫芦为原料制作纸张和家具获得成功，以水葫芦为原料还可以造出耐揉、耐湿的包装纸、写字纸、广告纸和卫生纸。利用水葫芦还可制作新型家具来代替藤类制品的家具。利用水葫芦制造家具，成本比藤质和木质家具都低。目前利用水葫芦制作的家具已经在上海上市。一种变废为宝的简便方式是，水葫芦的干渣、根和枯叶可以作为复合肥料的原料。近日上海科研人员研制成功的物理腐熟二次发酵技术，仅需半个多小时就可使水葫芦转化成肥力充沛的有机肥料。据上海市农业环境保护监测站等单位检验证实,以水葫芦作原料生产的有机肥料含有充足的氮、磷、钾和有机质。由于水葫芦生长过程中需吸收大量的氮、磷等营养物质，并对重金属离子如金、银、汞等以及农药和其他人工合成化合物等也有极强的富集能力，所以可用来处理生活污水和工业废水，有效地改良水质，降低水体污染。水葫芦净化污水的能力在所有的水草中是最强的，可用于净化废水和污泥。另外，利用水葫芦处理养鸡场和养猪场的污泥，不但可有效除去铜、铁、硝酸铵、磷和有机化合物等物质，还能杀死病菌。综合利用另一种综合利用最经济实用方法是，将水葫芦切碎后可作为沼气发酵原料，与人粪尿、猪粪、稻草、污泥等混合堆几天，然后入池发酵产生沼气，可以解决燃料相对不足的问题，在沪郊农家乐、度假村等推广具有广泛前景。据介绍，作为栽种食用菌的基料水葫芦含有丰富的纤维素、蛋白质、脂肪及灰分，可用作培育草菇的原料。科技研究发现，添加比例为40%时，则每10平方米相对增产鲜菇0.7公斤，经济效益增加27.0元。水葫芦还可用来绿化尾矿。中国矿藏资源丰富，随着多年的矿藏开采，尾矿渐多，绿色覆盖大片减少，呈现出一片光秃景象。大多数植物不能在尾矿生长。将水葫芦栽种在尾矿低洼处，在盛夏高温季节，一旦下雨，水葫芦就会快速生长，一改当地光秃面貌。黄沈发呼吁，尽管目前综合利用多项技术问题已经解决，但是如果启动水葫芦变废为宝工程还需政策面支持。资料3 水葫芦能源化利用研究进展 作者：陈广银 郑正 邹星星 文章来源：江苏农业科学 1 水葫芦的特性水葫芦含有丰富的营养成分，包括粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、无氮浸出物以及许多氨基酸、维生素C、胡萝卜素和多种微量元素。水葫芦生长的环境不同，所含的营养成分相差很大。如在富营养化的水体中生长的水葫芦氮、磷含量较高，而在重金属污染的水体中生长的水葫芦重金属含量较高。水葫芦中常量元素、微量元素及营养成分含量见表1和表2。2 水葫芦能源化利用技术目前水葫芦能源化技术可以分为水解和发酵、炭化、气化、固化成型以及厌氧消化等几种，每种技术各有优缺点，下面分别加以阐述。2.1 水解和发酵水解和发酵可以产生液体燃料，如乙醇，该技术非常适合处理水分含量高的有机废物。水解和发酵需要可供酵母发酵的糖类，而这些糖类在水葫芦中的含量很低，因此须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的需要。预处理需要相对较高的温度、浓酸以及耐压反应器。水解酶是可供选择的方法之一，但水葫芦较高的木质素含量影响了水解酶的作用。Nigam利用水葫芦中的半纤维素乙酸水解产物生产乙醇，将水解后的产物煮沸配合添加过量的石灰和亚硫酸钠处理可以极大地提高乙醇的产率(提高84.2l%)，但乙酸的存在对乙醇生产有抑制作用。Mishima等研究利用水葫芦生产乙醇的可行性，结果表明利用水葫芦生产乙醇的产量与其他农业废物生产乙醇的产量相当，在发酵工艺充分优化后用水葫芦生产乙醇是完全可行的。Thomas等研究发现水解和发酵过程是一个能量负平衡，认为只有在那些对乙醇燃料有较大需求的地方将水葫芦水解制乙醇才具有可行性。表1 水葫芦常量元素、微量元素含量2.2 炭化 气化、热裂解和炭化3阶段的主要产物都是木炭，其副产品气化气可作为工艺自身运行能源的补充。水葫芦炭化制木炭主要有两个问题：首先，水葫芦较高的含水率，使水葫芦干化的成本很高；其次，水葫芦干物质中灰分的含量较高，大约占40%，导致最终产品木炭的热值不高，直接影响了该技术的推广应用，加之需要较高的投资及技术要求，使该技术在发展中国家很难被接受。2.3 焚烧有些地区将水葫芦晒干后直接焚烧，在土地比较紧缺的地区这是处置水葫芦的有效方式。新鲜的水葫芦含水率在90%左右，即使将水葫芦的含水率降低到10%，热值也不超过1.3GJ/m3，与木材的热值9.8GJ/m3相比，将水葫芦焚烧处理经济上显然没有什么吸引力。2.4 固化成型技术将晒干的水葫芦粉碎后过筛，经机械压缩制成块状或球状的固体燃料，Thomas等认为这是处理水葫芦较可行的方式之一。水葫芦压缩制成的固化燃料的热值为8.3GJ/m3，与木炭9.6GJ/m3相当。固化成型技术对原料的含水率有严格的要求，一般要求在10%15%，而水葫芦的含水率达90%，需要较大的晾晒场地和较长的晾晒时间，且该技术一次性投资较大，水葫芦的运输和晾晒都须要投入大量的人力和财力，增加了该技术的处理成本。2.5 气化气化是在一定的热力学条件下，利用气化剂将生物质中的碳氢化合物转化成含CO和H2等可燃气体的过程。可燃气的主要成分有H2、CO和CH4。气化剂有空气、氧气、水蒸气、水蒸气一氧气混合气等。吴志达等研究表明，以水蒸气作为气化剂比空气能得到更多氢气的含量，可以通过改变两者的比例来改变所得气体的组成；随着气化温度提高，H2和CO含量增加，产气率也有所提高；可燃气体组成类似于石油热裂制气，其热值与水煤气相当。水葫芦气化技术存在与固化成型、炭化以及焚烧等技术同样的问题，直接影响了水葫芦的能源化利用，鉴于水葫芦较高含水率的特点，水葫芦厌氧消化产气无疑是比较经济可行的方式。2.6 厌氧消化厌氧消化是处理有机固体废物常用的一种方法，指在厌氧条件下利用多种(厌氧或兼性)微生物的共同作用，使有机物分解产生可燃气，消化过程产生的气体可直接用于烹饪、照明、发热以及发电等，同时产生富含营养成分的沼液。将水葫芦厌氧消化处理产气是近年来研究的热点，不但较好地解决了水葫芦的出路问题，而且可以提供清洁的能源以及优质的有机肥料，符合循环经济的要求。根据所产气体种类的不同可分为厌氧产氢和厌氧产沼气(主要成分是甲烷)两大类。2.6.1 厌氧产氢厌氧发酵产氢是通过产氢发酵细菌的生理代谢作用进行，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。产氢途径有丙酮酸脱羧作用产氢(在丙酮酸脱氢酶和氢化酶的作用下重组)、甲酸裂解产氢和辅酶I(NADH或NAD+)氧化还原平衡调节作用产氢。pH值是影响产氢效率的关键参数，在厌氧发酵过程中，pH值随反应过程中有机酸的生成不断降低，破坏其原有的缓冲功能。pH值应介于5.06.0，不能太低。程军等以沼气池污泥和水葫芦为混合发酵底物，以活性污泥煮沸处理后扩大培养的优势产氢菌株为接种物，研究其发酵产氢特性及影响因素，试验表明，在沼气池污泥底物中必须加入优势产氢菌株作接种物才能产生大量H2；利用水葫芦作发酵底物时必须预先剔除其富含重金属的根部以防止对产氢细菌的抑制作用；水葫芦必须经过酸碱和酶解等预处理才适于细菌发酵；发酵过程中必须适当处理浮渣以便大量H2能及时导出，否则会抑制细菌的产氢代谢作用，导致产氢能力下降。由于水葫芦中木质纤维素含量较高，产氢菌可利用的糖类含量很低，这给厌氧产氢增加了难度。国内外有关水葫芦厌氧产氢的报道还不多，如果能够采取一定的预处理措施提高水葫芦中糖类的含量，水葫芦厌氧产氢将有很好的发展前景。2.6.2 厌氧产沼气沼气发酵又称甲烷发酵，指在一定温度、湿度、酸碱度以及厌氧条件下，有机物经多种微生物(主要是产甲烷菌)作用下生产沼气、消化液和消化污泥。沼气发酵中接种是非常重要的一种技术，直接影响沼气的产生速度和产气量，对甲烷的含量也有一定影响。目前厌氧产沼气常用的接种物为新鲜牛粪、老沼气池的沼渣、腐败河泥或城市污水处理厂的消化污泥等。水葫芦因较快的生长繁殖速度、较高的有机物含量和含水率，是厌氧发酵很好的原料。Matsumura研究超临界水提取水葫芦体内的有机物产气，但其价格比东京城市供气贵1.86倍。兰吉武等对水葫芦厌氧发酵产气规律进行了研究，结果表明，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；接种率为1:1左右有利于反应的进行。Srivastava对新鲜水葫芦的半连续厌氧消化过程的动力学进行了研究，发现反应过程符合Chen和Hashimoto提出的动力学模型。查国君等研究表明，在25恒温条件下，水葫芦的TS(总固体)产气潜力为634ml/g，VS(挥发性固体)产气潜力为834ml/g，新鲜原料产气潜力为33.36ml/g。周岳溪等研究了厌氧固体产酸相-上流式折板生物膜产甲烷相组成的两相厌氧工艺处理鲜水葫芦的运行特点及机理，结果表明，工艺运行稳定，平均产气量为100L/Kg鲜水葫芦，气体中甲烷占73.6%83.4%。2.6.2.1 预处理水葫芦含有较高含量的纤维素和半纤维素，半纤维素与木质素相联结，影响微生物的活动。为了提高沼气产率，提高水葫芦的利用率，必须对水葫芦进行一定的预处理。将水葫芦切碎可以增加微生物与水葫芦的接触面积，加快反应速率，提高水葫芦的产气率。Moorhead等。在35条件下，对水葫芦厌氧发酵的研究结果表明，与粒径为1.6mm和12.7mm的水葫芦碎片相比，粒径为6.04mm的水葫芦碎片的单位沼气总产量以及甲烷产量最高。Patel等发现利用热化学方法将水葫芦预处理后厌氧发酵可以提高沼气产量；酸浸泡预处理可以将半纤维素与木质素分开，扩大微生物的活动范围，提高微生物活性，从而提高沼气产量。陈晓晔等以水葫芦和餐厨垃圾为原料，研究稀酸浸泡预处理水葫芦对产气的影响，发现1.0%H2SO4预处理后的水葫芦产甲烷量大于未经处理的水葫芦，且系统启动期短。周岳溪等研究认为，水葫芦稀酸(1.0%H2SO4)预处理一两相厌氧处置工艺可以稳定进行水葫芦的处置，平均产气量为134L/kg鲜水葫芦。Patel等发现添加重金属离子Fe3+、Zn2+、Ni2+、Co2+和Cu2+可以增加沼气产量，提高沼气中甲烷含量，且产气稳定性好。由于水葫芦对某些重金属具有一定的富集功能，因此，在废水中生长的水葫芦可能已含有较高含量的重金属离子，对沼气发酵有利。Verma等利用处理电镀废水的水葫芦生产沼气，结果表明用处理电镀废水的水葫芦生产沼气，沼气产量更大，甲烷的含量也更高。2.6.2.2 混合发酵由于水葫芦中木质素和灰分含量较高，将水葫芦与一些挥发性固体含量较高的有机废物混合发酵，是提高水葫芦厌氧产沼气量的有效方法之一。周岳溪等对水葫芦加猪粪两相厌氧生物处置进行了研究，结果表明，1kg鲜水葫芦平均产气量为330L，为水葫芦直接两相厌氧处理的3.4倍，气体中甲烷含量大大提高，达74%左右。El-Shinnawi等将稻秆、玉米秸秆、棉花秸秆和水葫芦分别与猪粪混合后厌氧发酵产沼气，发现1kg挥发性固体水葫芦的沼气产量较玉米秸秆和棉花秸秆高，但1kg总固体水葫芦的产气量较其他农业废物低，这与水葫芦较高的灰分含量有关。表3列出了国内外一些文献报道的以水葫芦作为主要产气底物的实验产气情况。从表3可以看出，水葫芦具有较高的产沼气能力，可以与任何畜禽粪便相媲美。沼气中主要含有CH4、CO2和NH3，也可能含有少量的H2S。沼气中甲烷含量在60%以上，这主要与原料的特性有关，温度、pH值和停留时间都可能影响沼气的组成。表3 文献报道的以水葫芦作为主要反应底物的产气情况2.7 综合利用在研究水葫芦能源化利用问题时应更多采用系统论思想，将环境污染问题作为一个系统考虑，国内外已有很多学者认识到这个问题。各种资源化利用水葫芦的研究很多，如饲料、污水处理、装饰材料、堆肥和厌氧发酵等，但大都还停留在对水葫芦的处理上，疏忽了对水葫芦的综合利用。Singhal等研究利用处理造纸废水后的水葫芦厌氧发酵产沼气的可行性，发现用20%废水稀释液放养的水葫芦厌氧发酵，沼气的产量较在去离子水中生长的水葫芦要大。Verma等利用处理电镀废水的水葫芦生产沼气，发现用处理电镀废水的水葫芦厌氧发酵沼气的产量更大，甲烷的含量也更高。黄和等对标准胶加工废水和氧化塘放养的水葫芦厌氧发酵制沼气进行了研究，结果表明，水葫芦是一种良好的沼气发酵原料，批量发酵沼气量0.344L/g TS；常温下水葫芦预发酵后与废水按1:3比例(以COD计)混合连续发酵，混合液COD可产沼气0.556L/g，容积产气率达1.78L/(Ld)，为氧化塘放养的水葫芦提供了一个有效的处理方法。莫斯科水处理研究所引种水葫芦净化生活和工业污水的效果显著，该研究所试验在污水池面放养水葫芦，不仅可以有效去除污水中的铜、铁、磷、硝酸盐和石油中的残留有机化合物