led光源改善避光封闭水体水质的方法及实验方法
技术领域
1.本发明属于封闭水体水质改善技术领域，尤其是一种led光源改善避光封闭水体水质的方法及实验方法。
背景技术：2.封闭水体指不与外界水体相连接的封闭型池塘、湖泊等水量较小、水深较浅的水体，大多存在于城镇或乡村中。而近年来随着我国城市化与工业化的持续进行和发展，导致封闭水体富营养化[1]现象严重，原因有枯落植物掉落后的腐烂分解、降雨后产生的地表径流、肥料的大量使用等，而最主要的原因是生活污水的排入，造成全国许多乡镇的池塘和湖泊受到不同程度的污染，封闭水体水质恶化情况日益严重，现已成为困扰社会和可持续发展的主要环境问题之一。
[0003]
当前对封闭水体的治理方法有很多，如采用物理机械方法(唐士芳，龚玲玲，徐璐，等.城市景观人工湖水体治理与修复技术研究进展[j].水道港口,2021,42(06):798-806.)、曝气技术(吴佐京通，戴先谱，吴辉，等.曝气技术在黑臭水体治理中的研究进展[j].人民珠江:1-9[2022-04-05])或微生物修复技术(郑欢，高云天，解梦怡，等.微生物修复技术在农村涝池黑臭水体治理中的应用研究[j].环境工程:1-5[2022-04-05])等等，这些方法对封闭水体的治理有一定的改善效果，但都存在人工成本、经济成本较高，周期较长，改善效果未达到预期等问题。正因如此，在如今工业发展迅速，可能对环境造成较大影响和破坏的情况下，寻找经济、有效的方法改善封闭水体水质情况，已经刻不容缓。
[0004]
公知的，水中浮游植物及微生物生长和进行光合作用，可释放出氧气，同时浮游植物在生长过程中会消耗水体的硫、磷等无机物，能够对水体进行净化(唐林森，陈进，黄薇，等.湖泊等封闭及半封闭性水体水华治理方法[j].长江科学院院报,2007(06):38-41、刘军，徐亚同，陈洽群，等.城市半封闭河道水体生态恢复试验[j].环境污染治理技术与设备)。但在封闭或者半封闭的污染水域中，由于水体内部流动小，水体内尤其是水底部缺氧即溶解氧(do)含量低，且由于水底光线较差，而植物的光合作用离不开光源，因此缺氧和弱光线导致水体中的浮游植物及微生物难以生长。
[0005]
为了改善水体环境，可通过向水体补光的方式以促进光合作用，可参考：
[0006]
高泽晋.太阳光led光源应用于水体净化与修复的设想[c].2013.中国环境科学学会学术年会论文集(第五卷).2013:259-263；
[0007]
袁珍凤.人工光源补光对沉水植物净化染料废水效果及其生理影响研究[d].南京师范大学,2015；
[0008]
米琦.红蓝色led结合纤维膜照射对富营养化水体改善效果研究[d].温州大学,2019；
[0009]
郭亮亮，周维成，周起超，等.光照强度和磷浓度对寡枝刚毛藻生长的影响[j].中国环境科学,2015,35(07):2153-2159。
[0010]
上述研究大都针对流动的水体，流动水体的含氧量高于封闭水体，并且微生物和
浮游植物流动范围较大，微生物和浮游植物会不断流出，也不断有新的微生物和浮游植物流入，因此研究结果对于封闭水体来说不具备参考性。另外，不同的温度对于光合作用有较大的影响，现有技术一般是在稳定的温度下进行，但自然界中的污染水体，是处于温度不断变化的环境中，因此实验得到的最佳光照强度未考虑到温度变化的影响，可能导致实验结果不够准确，在后续根据实验结果对污染水体进行治理时，效果并不能达到最佳。
技术实现要素：[0011]
本发明所要解决的技术问题是提供一种led光源改善避光封闭水体水质的方法及实验方法，针对封闭水体的特性进行避光封闭实验，同时考虑污染水体的温度变化，减小实验误差，提高水质改善的效果。
[0012]
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，包括
[0013]
a、制备多个相同的容器，并将容器清洗干净；
[0014]
b、取样：对封闭水体的底泥取样，并将底泥样品放入各个容器，在容器的底部形成底泥层；
[0015]
对污染的封闭水体进行取样，将水体样品放入各个容器，在底泥层的上方形成实验水体层；
[0016]
所有底泥层的深度相同，所有实验水体层的深度相同，且实验水体层的深度与封闭水体的水深相同；
[0017]
c、选取至少一个容器作为对照组，其余的容器作为实验组，向每个实验组的容器中放入led灯管，led灯管位于实验水体层的中央，且各个led灯管的光照强度具有差异；然后对各个容器进行遮光处理；
[0018]
d、每隔一段时间检测对照组和实验组实验水体层的ph、orp、导电率、nh
4+-n含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量，一共至少检测6次；
[0019]
e、对检测结果进行分析，得到led光对水质的改善效果，并确定较佳光照强度。
[0020]
进一步地，步骤a中，所述容器为透明的塑料缸，所述塑料缸的高度为1.2m，外径为0.3m。
[0021]
进一步地，步骤b中，底泥层的深度为0.15m，实验水体层的深度为1m。
[0022]
进一步地，步骤a中，先用水和洗涤剂对容器进行清洗，再用质量分数为10％的强酸和强碱溶液分别浸泡8小时，沥干后用自来水冲洗，最后用蒸馏水淋洗。
[0023]
进一步地，步骤c中，实验组的容器上端口设置有水平的悬臂，所述led灯管通过悬挂绳悬挂于悬臂。
[0024]
进一步地，步骤c中，实验组的容器为3个，且3个容器内的led灯管的光照强度分别为5000lux白光、7500lux白光和10000lux白光。
[0025]
进一步地，步骤b中，取样后检测各个容器中的实验水体层的ph、orp、导电率、nh
4+-n含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量，确保各个容器中的实验水体层的水质一致。
[0026]
进一步地，步骤c中，遮光处理的方式为盖遮光布。
[0027]
led光源改善避光封闭水体水质的方法，采用上述实验方法对封闭水体进行采样
实验；将多个led灯均匀放入封闭水体，根据实验结果调节led灯的光照强度。
[0028]
本发明的有益效果是：本发明针对封闭水体进行实验，可得到封闭水体在不同光照强度下的水质改善效果，从而制定封闭水体的水质改善工艺。本发明在实验的过程中，可以实时监测封闭水体的温度，根据监测结果调节容器所处的实验环境温度，使实验水体层的温度与封闭水体的温度保持一致，这样消除了实验环境与封闭水体实际环境的温度差异带来的误差，能够更加准确地测得led光对水质的改善效果，在正式对污染的封闭水体进行处理时，可以更好地控制水质改善效果。
附图说明
[0029]
图1是本发明实验时的容器示意图。
[0030]
图2是实验过程中实验水体层的ph变化趋势图；
[0031]
图3是实验过程中实验水体层的orp变化趋势图；
[0032]
图4是实验过程中实验水体层的ec变化趋势图；
[0033]
图5是实验过程中实验水体层的nh
4+-n含量变化趋势图；
[0034]
图6是实验过程中实验水体层的do含量变化趋势图；
[0035]
图7是实验过程中实验水体层的硫化物含量变化趋势图；
[0036]
图8是实验过程中实验水体层的tp含量变化趋势图；
[0037]
图9是实验过程中实验水体层的chl-a含量变化趋势图；
[0038]
附图标记：1—容器；2—底泥层；3—实验水体层；4—led灯管；5—悬臂；6—挂绳。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0040]
本发明的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，包括
[0041]
a、制备多个相同的容器1，并将容器1清洗干净。容器1用于盛放实验样本，提供实验场所。容器1可以是各种材质，如金属材质等，为了便于观察和测量实验样本的深度，优选采用透明材质，如玻璃、透明的塑料等，由于玻璃材质易损，因此最好采用塑料材质，具体地，容器1为透明的塑料缸，塑料缸的高度根据封闭水体的水深以及水底淤泥的深度确定，确保容器1内腔的高度大于封闭水体的水深和水底淤泥的深度和。作为一种较佳的实施方式，塑料缸的高度为1.2m，外径为0.3m。
[0042]
塑料缸在制备的过程中，容易沾上油污，因此需要进行清洗，以消除杂质对实验样本的影响，具体的清洗过程为：先用水和洗涤剂对容器1进行清洗，洗涤剂为常用的实验仪器洗涤剂，可去除油污，再用质量分数为10％的强酸和强碱溶液分别浸泡8小时，沥干后用自来水冲洗，最后用蒸馏水淋洗并晾干。经过上述清洗后，容器的洁净度非常高，其内外壁基本不含有污染物质。
[0043]
b、取样：对封闭水体的底泥取样，并将底泥样品放入各个容器1，在容器1的底部形成底泥层2。对污染的封闭水体进行取样，将水体样品放入各个容器1，在底泥层2的上方形成实验水体层3。
[0044]
取样的份数与容器1的个数相同，每份样品的体积相同，每个容器1中放入一份底泥取样和一份水体样品，保证所有底泥层2的深度相同，所有实验水体层3的深度相同，以保
证实验的准确性。此外，实验水体层3的深度与封闭水体的水深相同，使实验条件与封闭水体的自然条件尽可能相同，得出的实验结果更加准确，实验完成后，对封闭水体的治理效果也会更好。一种实施方式为：底泥层2的深度为0.15m，实验水体层3的深度为1m。
[0045]
将样品放入容器1后，检测各个容器1中的实验水体层3的ph、orp、导电率、nh
4+-n含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量，确保各个容器1中的实验水体层3的水质一致。当ph、orp、导电率、nh
4+-n含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量等存在较大的差异时，需要更换样品，每份样品的指标保持一致，以减小实验水体层3本身的差异带来的实验误差，进一步地提高实验的准确性。
[0046]
c、选取至少一个容器1作为对照组，其余的容器1作为实验组，向每个实验组的容器1中放入led灯管4，led灯管4位于实验水体层3的中央，且各个led灯管4的光照强度具有差异；然后对各个容器1进行遮光处理。
[0047]
为了使led灯管4保持固定，实验组的容器1上端口设置有水平的悬臂5，所述led灯管4通过挂绳6悬挂于悬臂5。悬臂5可以采用木棍等，放在容器1的端口即可。此外，也可以通过其他结构的悬挂架(如门型支架)悬挂led灯管4。
[0048]
对照组不设置led灯管4，与实验组进行对比，从而可以确定led灯管4的光照对水质改善的效果。实验组中，每个容器1内的led灯管4的光照强度不同，可以研究不同光照强度对水质改善的影响。
[0049]
具体地，随机选取一个容器1作为对照组，实验组的容器1数量为3个，可以研究3种不同光照强度的led灯光对水质改善的效果。3个实验组的容器1中，led灯管4的光照强度分别为5000lux白光、7500lux白光和10000lux白光。
[0050]
遮光处理是为了隔离外界光线，消除外界的光线对水质改善造成的影响，保证实验结果的准确性。遮光处理可采用将容器1放入不透光的箱体中，优选的，采用不透光的遮光布盖住容器1，在检测实验水体层3的水质时，可以快速移开遮光布，检测完成后，可以快速盖上遮光布，操作便利。
[0051]
封闭水体所在的自然环境中，温度是不断变化的，由于温度对光合作用、呼吸作用等具有较大的影响，因此，最好使实验环境的温度与封闭水体所处的自然环境的温度保持一致。具体可在实验之前连续监测封闭水体的环境温度，掌握封闭水体的温度变化规律，然后根据监测结果确定实验温度，在实验过程中控制实验环境的温度变化，使实验环境的温度变化规律与封闭水体环境温度的变化规律一致。
[0052]
此外，也可以在实验时实时监测封闭水体的环境温度，根据监测结果调节实验环境温度，使实验环境温度温度与封闭水体的环境温度保持一致。比如每隔30min或者60min监测一次封闭水体的环境温度，然后调节实验环境温度，使实验环境温度与封闭水体的环境温度基本保持一致。
[0053]
通过控制实验环境温度，使实验环境温度与封闭水体的环境温度基本保持一致，根据实验获得led光照的水质改善效果更加准确，后续制定封闭水体处理工艺时，可参考实验结果，制定更加合理的处理工艺。实验完成后可立即进行封闭水体的水质改善处理，由于时间间隔短，处理过程中封闭水体的温度与实验时的温度差异比较小，因此可以保证处理效果。
[0054]
温度的控制可采用实验用温控箱，即在实验时将容器1放入温控箱中，利用温控箱
可以方便地控制实验环境的温度。也可以通过空调等调节整个实验室的温度。
[0055]
d、每隔一段时间检测对照组和实验组实验水体层3的ph(酸碱度)、orp(氧化还原电位)、导电率(ec)、nh
4+-n含量、溶解氧含量(do)、硫化物含量、tp含量(磷含量)和chl-a(叶绿素a)含量，一共至少检测6次。ph、orp、导电率、nh
4+-n含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量可作为判断水质的指标，通过检测这些指标，可以判断水质。根据上述指标的变化，可以判断水质的改善效果。多次检测能够更加清晰地了解水质变化，获得光照时间对水质的影响。
[0056]
e、对检测结果进行分析，得到led光对水质的改善效果，并确定较佳光照强度。
[0057]
通过记录、对比每次的检测结果，可以了解各个指标的变化情况，绘制各个指标的变化图，并且结合对照组的检测结果，能够判断水质改善效果。
[0058]
本发明的led光源改善避光封闭水体水质的方法，采用上述实验方法对封闭水体进行采样实验，得到水质改善情况后，可以确定较佳的光照强度以及光照持续时间等重要参数，然后将多个led灯均匀放入封闭水体，led灯竖直放置，相邻两led灯之间的间距根据光强确定，光照强度较大时，led灯之间的间距则较大，反之led灯之间的间距较小。最后根据实验结果调节led灯的光照强度，达到较佳的光照强度。每隔一段时间检测封闭水体的水质，当水质达标后，则可以取出led灯。
[0059]
实施例一
[0060]
自制四个底面直径为0.3m、高为1.2m的圆柱形容器1，在实验前应先对水缸进行清洗，缸中的灰尘油污等可以先用水和洗涤剂清洗干净，再用10％的强酸和强碱溶液分别浸泡8小时，沥干后用自来水充分冲洗，最后用蒸馏水淋洗干净备用。
[0061]
实验取样点位于某封闭池塘，取封闭池塘的水和底泥均匀分配，容器1中底泥层2高度约0.15m，实验水体层3高度约1m，模拟封闭池塘环境且保证四容器1中水样的水质基本一致，在容器1上横放一根木棍，用挂绳6系上重物和led灯管4，保证led灯管4在水体中央位置，并盖上遮光布。
[0062]
实验补光时间为某年12月至次年1月，设置一组对照组ck和三组实验组s1、s2、s3，ck组不进行补光，s1提供led灯5000lux白光光强，s2提供7500lux白光光强，s3提供10000lux白光光强，每隔60min监测一次封闭水体的环境温度，然后调节实验环境温度，使实验环境温度与封闭水体的环境温度保持一致。在补光后每隔7天进行ph、orp、ec、nh4
+-n、do、硫化物、tp和chl-a含量的水质测定，总共测样6次，结束实验。
[0063]
测样方法
[0064]
本次实验中ph、orp采用雷磁phs-3eph计测得；ec采用上海三信sx713电导率仪测得；do含量采用哈希hq40d便携式溶解氧仪测得；nh
4+-n含量采用纳氏试剂分光光度法测得；硫化物含量采用n,n-二乙基对苯二胺分光光度法(参考：林俊.n,n-二乙基对苯二胺分光光度法检测水中硫化物)测得；tp含量采用钼酸铵分光光度法测得，chl-a含量采用国家环境保护部发布的《水质叶绿素a的测定-分光光度法》测得。根据实验方法绘制标准曲线。
[0065]
水中ph的变化分析
[0066]
水体ph变化趋势如图2所示，从图2可以看出，在实验开始前，四缸水体的ph都较为接近，呈中性。在实验的第0～14天，水中浮游植物的呼吸作用仍大于光合作用，且水体本身为缺氧状态，浮游植物死亡分解，水中溶解co2含量升高，使得上覆水体ph下降，且避光放置
两个月的水体nh
4+-n含量高，而后nh
4+-n含量开始下降(图5所示)，猜测是因为补光后nh
4+-n被微生物不停硝化，硝化过程中不断产生h
+
，h
+
逐渐累积，也导致水体的ph值不断下降，四缸水体ph都下降0.5左右。随着补光的进行，浮游植物的光合作用增加，强烈地消耗水中的游离co2，且co2的消耗速率大于硝化作用中释放的h+速率，导致ph值升高，s1上涨0.63个单位；s2上涨0.81个单位；s3上涨0.92个单位，光照越强，浮游植物的光合作用越显著，ph上升变化越大，但从总体上来说，三缸水体的ph变化不大，变化范围在0.5-1之间。
[0067]
水中orp的变化分析
[0068]
水体orp变化趋势如图3所示，实验开始前，四缸水体的orp均处于+120mv，此时只达到好氧微生物生存最基本的orp。随着实验的进行，s1、s2、s3的orp在出现小幅下降后均在逐渐上升，在实验中期，水体的orp值已达到最大水平，s1、s2、s3的orp较第一次相比分别从118上升到254；122上升到233；119上升到274，分别上涨了115％、91％、130％。可见随着光照强度的增加，水中的orp也相应增加，此时浮游植物和好氧微生物生命活动强烈，其生长吸收水中的氮和磷使得水中nh
4+-n和tp含量下降(图5、图8所示)，水体orp的上升也使得水中氧化还原条件改变，导致水中硫化物含量升高(图7所示)。而往往orp越高，代表水体环境越好，s3呈现出最大增量说明10000lux光强更有利于水质的净化。实验后期因温度降低，水中生物的生物活性下降，水中orp也相应降低。orp虽不能明确表明某种氧化物质或还原物质的强度，但是能帮助人们了解水体中可能存在何种氧化还原物质及其含量多少，从而了解水质状态。
[0069]
水中ec的变化分析
[0070]
水体ec变化趋势如图4所示，电导率(ec)表示的是溶液中可溶性盐浓度的。水质环境越好，水中杂质离子越少，ec就越小，反之则越大。在整个实验周期里s1、s2、s3的ec都持续稳定下降，其中s1的ec较实验初期相比从451μs/cm下降到330μs/cm，降低了27％；s2从430μs/cm下降到341μs/cm，降低了21％；s3从455μs/cm下降到264μs/cm，降低了42％，三缸水体的ec出现不同程度的下降，说明水体中总溶解性固体减少，水中离子、杂质含量减少，且对比可知s3的ec下降幅度最大，分析原因是光强的增大，使得缺氧水体得到更加有效的自净。
[0071]
水中nh
4+-n含量的变化分析
[0072]
水体nh
4+-n含量变化趋势如图4所示，水中nh
4+-n是导致水体富营养化现象产生的主要原因之一，也是水体的主要耗氧物。由图5可知，因实验初期水体仍处于缺氧状态，加速了水体中底泥中的氨向上覆水体扩散，所以在实验的第0～7天水体中nh
4+-n含量升高，在第7天s1、s2、s3的nh
4+-n含量达到最大值14.866mg/l、13.085mg/l、16.789mg/l。而随着补光的进行，水体中浮游植物开始利用水中的nh
4+-n作为营养物质来进行光合作用，此时光合速率大于其呼吸速率，导致s1、s2、s3的nh
4+-n含量迅速下降，到实验最后，s1的nh
4+-n含量下降至1.399mg/l，降低了85.6％；s2从下降到1.532mg/l，降低了84.5％；s3下降到1.608mg/l，降低了85.4％。可见补光能明显利用生物作用来改善水质，减低水体的nh
4+-n含量，但三个处理的水体下降趋势大致相同，可以看出的差异在于s1下降趋势较s2和s3更为平滑，s2、s3在实验初期nh
4+-n含量上升变化较大，下降趋势相同。在5000-10000lux范围的白光光强对nh
4+-n含量的下降没有明显影响，后期实验可改变光色或增大光强来进一步探究。
[0073]
水中do含量的变化分析
[0074]
水体do含量变化趋势如图6所示，从图6可知，在实验刚开始，四缸水样的do均低于2mg/l，水体已严重缺氧。开始进行补光后，前两周水中do上升十分缓慢，水中浮游植物开始进行光合作用来增加水中的do含量，在实验第21天，水中do含量因大量繁殖的浮游植物的光合作用而迅速上升，s1的do含量上升至3.64mg/l，s2上升至4.39mg/l，s3上升至18.47mg/l。补光能显著通过浮游植物的光合作用来增加水中do含量，且光照越强，do含量越高。在实验后期，s1和s2的水样仍持续增长，s1的do含量上升到7.88mg/l，s2的do含量上升到了12.07mg/l，而s3的水样在实验后期呈现出下降的趋势，推测的原因可能是do的剧烈增长导致浮游植物的大量繁殖，而因空间限制，部分浮游植物会附着在led灯的灯壁上，导致光强的减弱，植物光合作用减弱，且水中营养物质逐渐被消耗减少，随着实验的进行，下层部分浮游植物减少或死亡，植物死亡会消耗氧气进行分解，从而水体中的do浓度开始逐渐降低。
[0075]
水中硫化物含量的变化分析
[0076]
水体硫化物含量变化趋势如图7所示，从图7可以看出，从实验第7天开始硫化物含量出现明显升高，s1的硫化物含量从0.048mg/l上升到了0.066mg/l，增长了37.5％；s2从0.041mg/l上升到了0.085mg/l，增长了107％；s3的增长最大，从0.038mg/l上升到了0.106mg/l，增长了179％。补光会使浮游植物迅速繁殖造成堆积，部分浮游植物厌氧分解过程中会产生大量的硫化氢、甲基硫、硫醇及硫醚等物质，释放的s
2-影响沉积物-水体的硫化物含量，表层底泥中可挥发性硫化物被氧化或释放到上覆水体中使得硫化物含量上升，光照强度越大，浮游植物越多，释放的s
2-也越多。硫是一种对氧化还原条件比较敏感的元素，实验后期orp下降，且部分浮游植物分解过程改变ph、do、氧化还原条件时，沉积物-水体中s
2-容易发生交换迁移和形态转化。在实验第21天后，s1、s2、s3的硫化物含量分别下降到了0.046mg/l、0.044mg/l、0.050mg/l，下降了30％、48％和53％。推测原因是s1、s2、s3的浮游植物在光合作用下消耗的硫化物含量大于沉积物或其自身释放的硫化物含量，故水体中可测得的硫化物含量减少，曲线呈下降趋势。
[0077]
水中tp含量的变化分析
[0078]
水体tp含量变化趋势如图8所示，磷被广泛地认为是浮游植物生长的主要限制元素，已有文献表明磷含量过低会抑制浮游植物的生长，而过高会造成水体富营养化，形成水华现象。从图8可以观察到四缸水样的tp在持续下降，其中ck组从0.668mg/l下降到0.414mg/l，降低了38％；s1从0.635mg/l下降到0.285mg/l，降低了55％；s2从0.631mg/l下降到0.251mg/l，降低了60％；s3从0.656mg/l下降到0.241mg/l，降低了63％，猜测水体中的某些微生物在无光条件下也在持续摄取水中的磷来进行生命活动，但其生命活动缓慢，摄取磷含量在实验周期内较少，所以ck组的tp含量下降最为缓慢，且因水体静置的原因，水中底泥也存在对水中tp有一定的吸收作用，导致tp含量下降。但在补光条件下，浮游植物和好氧微生物开始活动且生命活动强烈，随着光照强度的增强，tp的下降程度越大。led光能够提高水中do含量，促进浮游植物的增殖，对磷具有一定的吸收作用。光强能通过影响生物的活性来促进水体净化，光照强度越大，其水体中去磷效果更为明显，在实验最后s3的tp含量较为接近正常水平(《0.2mg/l)。
[0079]
水中chl-a含量的变化分析
[0080]
水体chl-a含量变化趋势如图9所示，从图8可以看出s1、s2、s3的chl-a含量在实验第0～21天由遮光条件过渡到补光条件，需要合成叶绿素以进行光合作用，故chl-a含量持
续上升，s1的chl-a含量从3mg/l上升至96mg/l，s2的chl-a含量从6mg/l上升至215mg/l，s3从5mg/l上升至469mg/l，而弱光照强度不利于叶绿素的合成，故chl-a含量为：s3》s2》s1》ck组，可见随着光强的增强，chl-a含量的增加越显著。
[0081]
有研究证实(白青华，郭晓冬，王萍，等.低温对辣椒幼苗叶片氮及叶绿素含量的影响[j].甘肃农业大学学报,2009,44(06):48-51+78.)，随着辣椒幼苗叶片氮含量的逐渐降低，叶片中叶绿素含量也降低。另有研究表明(陶剑辉.叶绿素a浓度影响因素分析及预测模型研究[d].江西理工大学,2021)，低温会破坏叶绿体的结构从而促进叶绿素降解，从而导致chl-a含量的下降。而在叶绿素的生物合成进程中，需要进行一系列的酶促反应，酶促反应对温度很敏感，低温会抑制酶的活性，进而影响原叶绿素酸酯的形成。同时，mg
2+
的浓度也会影响其整合酶的活性(王世强，郭琦，邱小琮，等.太阳山湖群叶绿素a变化及与总氮、总磷关系[j].环境科学与技术,2021,44(09):31-36)。总之低氮浓度和低温条件不利于叶绿素的合成，因实验处于冬季的12月-1月，温度逐渐下降，由图5可知，见光条件下nh
4+-n的不断去除，nh
4+-n含量不断减少，故在实验第21～35天chl-a含量不断下降。s3的chl-a含量下降得最为显著，从469mg/l下降至203mg/l，s1和s2也分别下降至80mg/l和131mg/l，可能新合成的叶绿素不稳定，容易因低氮和低温而从使含量迅速下降，且因部分浮游植物附着在光源上导致光照的减弱，植物光合作用的降低，也造成了实验后期水中chl-a含量的下降。
[0082]
结论
[0083]
通过本实验可以得出结论：(1)ph、orp、do、chl-a含量随时间推移均有不同程度的增加，三组实验组的ph变化趋势大致相同，s3组上涨变化最大，orp、do和chl-a含量都随光照强度的增强，其上升趋势越明显。(2)tp、ec呈现出逐渐下降的趋势，s1、s2、s3组的tp分别下降了55％、60％、63％，ec分别下降了27％、21％、42％，下降幅度随光强的增大而增大。(3)nh
4+-n含量呈现出先上升后下降的趋势，s1、s2、s3的nh4+-n去除率达到85.6％、84.5％、85.4％，可见补光能显著降低水体nh
4+-n含量。(4)硫化物含量的变化随光强的增加，只表现出变化速率的不同，变化速率的快慢为s3》s2》s1。
[0084]
综合以上能得出10000lux光强净化水体能力更强，呈现出更好的净化效果，利用led光源补光能够净化被污染水体水质和促进水中浮游植物的增殖和生物多样性。
[0085]
本实验的不足之外在于因冬季气温较低，生物活性较慢，导致实验后期水体的do、chl-a等指标出现不同程度的降低，可在夏季重复实验。可在以后实验中加入红光或者绿光，探究不同颜色的光源的改善效果，亦可在测样中加入微生物指标的测试，以探究微生物菌落变化的影响。
[0086]
根据上述实验结论，在冬季对取样处的封闭池塘进行水质改善时，可以将多个led灯管4均匀放入封闭池塘，led灯管4的间距为0.3至0.4m，led灯管4的光强为10000lux白光。
[0087]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于，包括a、制备多个相同的容器(1)，并将容器(1)清洗干净；b、取样：对封闭水体的底泥取样，并将底泥样品放入各个容器(1)，在容器(1)的底部形成底泥层(2)；对封闭水体进行取样，将水体样品放入各个容器(1)，在底泥层(2)的上方形成实验水体层(3)；所有底泥层(2)的深度相同，所有实验水体层(3)的深度相同，且实验水体层(3)的深度与封闭水体的水深相同；c、选取至少一个容器(1)作为对照组，其余的容器(1)作为实验组，向每个实验组的容器(1)中放入led灯管(4)，led灯管(4)位于实验水体层(3)的中央，且各个led灯管(4)的光照强度具有差异；然后对各个容器(1)进行遮光处理；d、每隔一段时间检测对照组和实验组实验水体层(3)的ph、orp、导电率、含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量，一共至少检测6次；e、对检测结果进行分析，得到led光对水质的改善效果，并确定较佳光照强度。2.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤a中，所述容器(1)为透明的塑料缸，所述塑料缸的高度为1.2m，外径为0.3m。3.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤b中，底泥层(2)的深度为0.15m，实验水体层(3)的深度为1m。4.如权利要求2所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤a中，先用水和洗涤剂对容器(1)进行清洗，再用质量分数为10％的强酸和强碱溶液分别浸泡8小时，沥干后用自来水冲洗，最后用蒸馏水淋洗。5.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤c中，实验组的容器(1)上端口设置有水平的悬臂(5)，所述led灯管(4)通过悬挂绳(6)悬挂于悬臂(5)。6.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤c中，实验组的容器(1)为3个，且3个容器(1)内的led灯管(4)的光照强度分别为5000lux白光、7500lux白光和10000lux白光。7.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤b中，取样后检测各个容器(1)中的实验水体层(3)的ph、orp、导电率、含量、溶解氧含量、硫化物含量、tp含量和chl-a含量，确保各个容器(1)中的实验水体层(3)的水质一致。8.如权利要求1所述的led光源改善避光封闭水体水质的实验方法，其特征在于：步骤c中，遮光处理的方式为盖遮光布。9.led光源改善避光封闭水体水质的方法，其特征在于：采用如权利要求1至8任意一项权利要求所述的实验方法对封闭水体进行采样实验；将多个led灯均匀放入封闭水体，根据实验结果调节led灯的光照强度。
技术总结本发明涉及LED光源改善避光封闭水体水质的方法及实验方法，包括制备多个相同的容器；对封闭水体的底泥取样，并将底泥样品放入各个容器，在容器的底部形成底泥层；对污染的封闭水体进行取样，将水体样品放入各个容器，在底泥层的上方形成实验水体层；选取至少一个容器作为对照组，其余的容器作为实验组，向每个实验组的容器中放入LED灯管，各个LED灯管的光照强度具有差异；D、每隔一段时间检测对照组和实验组实验水质，一共至少检测6次；E、对检测结果进行分析。本发明针对封闭水体进行实验，可得到封闭水体在不同光照强度下的水质改善效果，从而制定封闭水体的水质改善工艺。从而制定封闭水体的水质改善工艺。从而制定封闭水体的水质改善工艺。
技术研发人员：谢益平 侯智斌
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/11/1
