一种重金属污染场地检测装置的设计

孙茹

摘 要：土壤是人类最为赖以生存的资源，是生命的成长不可或缺的支撑。日前，随着全球人口问题已成为谈论的焦点，世界工业迅速发展与崛起，人类尤其是在发展中国家较为落后的地区的人們，环保与可持续发展意识较差，固体废物、有害废水以及未经处理的废气越来越多的排放到外界环境中，这些有害物质不知不觉的向土壤渗透。部分地区严重污染，土壤重污染区和高风险区分布广泛。文章设计了一种重金属污染场地检测装置。

关键词：重金属；污染场地；检测装置；设计

引言

我国是土地资源匮乏的大国，人口密集，可用土壤资源紧张。而土壤污染却越来越严重。部分地区严重污染，土壤重污染区和高风险区分布广泛。有统计调查称，我国受镉、铬、铅等重金属污染的耕地面积已达到2000万公顷，占全国总耕地面积的1/5。即使是工业区与城市，铬污染的程度也不容小觑。土壤污染带来一系列的农作物食品安全问题以及复杂的区域性中毒现象等，全国范围内频发重金属中毒的紧急事件，严重威胁人民健康与生存环境。

对于土壤污染物检测这个问题，国内外都进行了很多的研究与发明。就国外来说，国外早已将先进的科学应用于土壤环境探测中，其自动化程度已经领先世界其他国家的相关研究。在自动化技术开始广泛应用的20年代后期，国外针对于农业生产的土壤探测开始进入自动化监测网络时代，并快速实现了商品化、规模化，并广泛应用于各种土壤指标探测中。这种自动化土壤探测技术速度快、容量大，很快开始广泛应用于各种土壤指标的探测中。在重金属检测方面，国内的研究主要集中在一些金属矿产探测方面。用这种探测金属矿产的装置进行重金属污染方面的勘测，会出现各种问题。包括探测深度的不同、检测浓度的差别等。针对重金属污染，我们需要一种能够更精确检测污染源的装置。

1 相关方法原理介绍与选择

在重金属检测方面，相关检测方法有电磁法、激发极化法、电阻率法等。（1）电磁法：电磁法又叫做电磁感应法。它是根据岩石、矿石导电性和导磁性差异，利用电磁感应原理进行勘探与检测。其工作方式是：对地注入磁场，当土地中存在导电介质时，在对地输入的交变电磁场的作用下，土壤中的导电重金属将由电磁感应现象产生电流，感应电流再次在周围产生磁场二次场的出现会干扰一次场，最终产生一个新的磁场，我们就根据这个新的磁场进行对地下重金属污染情况的判断。电磁法非常适用对金属矿的探测。（2）电阻率法：土壤、岩石以及矿石的导电性具有各种各样的差异，在土壤周围人工建立电场，观测与研究电阻率的不同，因此电阻率法的本质就是勘测过程中通过对电阻率的识别来进行土壤、地质的勘测。（3）激发极化发：是电法勘测的一种。就是对地注入电流，根据导电介质的激发极化效应勘测。它包括时间域与频率域法两种。其中注入交流电就是频率域法，也称交流激发极化；注入直流电则叫做时间域法，也叫做直流激发极化。激发极化法的电路原理图如图1。

当K置于A时为直流供电，属于时间域测量方式；K置于B时为交流供电，属于频域测量方式。文章选择是基于复电阻率的时间域激发极化法。

2 时间域数学模型

时间域测量的理论基础是：ΔU1是人工电流带来的电势，ΔU2是土壤极化之后产生的电势。ΔU（T）则是ΔU1和ΔU2叠加的电变化值，据图可知，其值先增大、再趋于一个稳定值。断电后，ΔU1消失，ΔU2的则慢慢消失，该变化过程用ΔU2（t）表示。

3 整体检测的设计

文章设计的硬件电路包括：DSP及外围电路、AD及其外围器件和外围电路、信号采集电路、通信接口电路和电源电路等等。核心处理器选择TMS320F2812，AD则选择AD73360。（图3）

4 现场测试方法

探测方法包括两种：（1）地表测量。这是一种传统的土壤探测方法，其具体实现过程非常复杂：它采取的仍然是钻孔、布局探测器的传统工艺。其原理是通过一个个的供电电极和测量电极来获取不同地点之间的电势差，进而得到整体测量地区的电阻率布局。该研究方法在钻进过程耗费大量人力物力，且更适用于较深矿产、地质探测。（2）电阻率测井测量。地表测量是只在地表布局供电电极向地下传导稳定直流电流，人为设置电场，也是通过测量一个个电极电极之间的电势差来达到勘测效果。地表测量方式工艺简单，省时省力且更适合像污染物勘测这样埋藏较浅的异物探测。因此，选择电阻率测井测量。

5 结束语

综上所述，文章介绍了我国重金属污染情况，说明了研发重金属污染检测装置的重要性，为一种重金属污染探测装置提出了明确的设计方案。该设计将很好的解决我国重金属污染难以探测的问题，为进一步的研发奠定基础。