一種重金屬污染場地檢測裝置的設計

孫茹

摘 要：土壤是人類最為賴以生存的資源，是生命的成長不可或缺的支撐。日前，隨著全球人口問題已成為談論的焦點，世界工業迅速發展與崛起，人類尤其是在發展中國家較為落后的地區的人們，環保與可持續發展意識較差，固體廢物、有害廢水以及未經處理的廢氣越來越多的排放到外界環境中，這些有害物質不知不覺的向土壤滲透。部分地區嚴重污染，土壤重污染區和高風險區分布廣泛。文章設計了一種重金屬污染場地檢測裝置。

關鍵詞：重金屬；污染場地；檢測裝置；設計

引言

我國是土地資源匱乏的大國，人口密集，可用土壤資源緊張。而土壤污染卻越來越嚴重。部分地區嚴重污染，土壤重污染區和高風險區分布廣泛。有統計調查稱，我國受鎘、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已達到2000萬公頃，占全國總耕地面積的1/5。即使是工業區與城市，鉻污染的程度也不容小覷。土壤污染帶來一系列的農作物食品安全問題以及復雜的區域性中毒現象等，全國范圍內頻發重金屬中毒的緊急事件，嚴重威脅人民健康與生存環境。

對于土壤污染物檢測這個問題，國內外都進行了很多的研究與發明。就國外來說，國外早已將先進的科學應用于土壤環境探測中，其自動化程度已經領先世界其他國家的相關研究。在自動化技術開始廣泛應用的20年代后期，國外針對于農業生產的土壤探測開始進入自動化監測網絡時代，并快速實現了商品化、規模化，并廣泛應用于各種土壤指標探測中。這種自動化土壤探測技術速度快、容量大，很快開始廣泛應用于各種土壤指標的探測中。在重金屬檢測方面，國內的研究主要集中在一些金屬礦產探測方面。用這種探測金屬礦產的裝置進行重金屬污染方面的勘測，會出現各種問題。包括探測深度的不同、檢測濃度的差別等。針對重金屬污染，我們需要一種能夠更精確檢測污染源的裝置。

1 相關方法原理介紹與選擇

在重金屬檢測方面，相關檢測方法有電磁法、激發極化法、電阻率法等。（1）電磁法：電磁法又叫做電磁感應法。它是根據巖石、礦石導電性和導磁性差異，利用電磁感應原理進行勘探與檢測。其工作方式是：對地注入磁場，當土地中存在導電介質時，在對地輸入的交變電磁場的作用下，土壤中的導電重金屬將由電磁感應現象產生電流，感應電流再次在周圍產生磁場二次場的出現會干擾一次場，最終產生一個新的磁場，我們就根據這個新的磁場進行對地下重金屬污染情況的判斷。電磁法非常適用對金屬礦的探測。（2）電阻率法：土壤、巖石以及礦石的導電性具有各種各樣的差異，在土壤周圍人工建立電場，觀測與研究電阻率的不同，因此電阻率法的本質就是勘測過程中通過對電阻率的識別來進行土壤、地質的勘測。（3）激發極化發：是電法勘測的一種。就是對地注入電流，根據導電介質的激發極化效應勘測。它包括時間域與頻率域法兩種。其中注入交流電就是頻率域法，也稱交流激發極化；注入直流電則叫做時間域法，也叫做直流激發極化。激發極化法的電路原理圖如圖1。

當K置于A時為直流供電，屬于時間域測量方式；K置于B時為交流供電，屬于頻域測量方式。文章選擇是基于復電阻率的時間域激發極化法。

2 時間域數學模型

時間域測量的理論基礎是：ΔU1是人工電流帶來的電勢，ΔU2是土壤極化之后產生的電勢。ΔU（T）則是ΔU1和ΔU2疊加的電變化值，據圖可知，其值先增大、再趨于一個穩定值。斷電后，ΔU1消失，ΔU2的則慢慢消失，該變化過程用ΔU2（t）表示。

3 整體檢測的設計

文章設計的硬件電路包括：DSP及外圍電路、AD及其外圍器件和外圍電路、信號采集電路、通信接口電路和電源電路等等。核心處理器選擇TMS320F2812，AD則選擇AD73360。（圖3）

4 現場測試方法

探測方法包括兩種：（1）地表測量。這是一種傳統的土壤探測方法，其具體實現過程非常復雜：它采取的仍然是鉆孔、布局探測器的傳統工藝。其原理是通過一個個的供電電極和測量電極來獲取不同地點之間的電勢差，進而得到整體測量地區的電阻率布局。該研究方法在鉆進過程耗費大量人力物力，且更適用于較深礦產、地質探測。（2）電阻率測井測量。地表測量是只在地表布局供電電極向地下傳導穩定直流電流，人為設置電場，也是通過測量一個個電極電極之間的電勢差來達到勘測效果。地表測量方式工藝簡單，省時省力且更適合像污染物勘測這樣埋藏較淺的異物探測。因此，選擇電阻率測井測量。

5 結束語

綜上所述，文章介紹了我國重金屬污染情況，說明了研發重金屬污染檢測裝置的重要性，為一種重金屬污染探測裝置提出了明確的設計方案。該設計將很好的解決我國重金屬污染難以探測的問題，為進一步的研發奠定基礎。