一種重金屬污染場(chǎng)地檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

孫茹

摘 要：土壤是人類最為賴以生存的資源，是生命的成長(zhǎng)不可或缺的支撐。日前，隨著全球人口問題已成為談?wù)摰慕裹c(diǎn)，世界工業(yè)迅速發(fā)展與崛起，人類尤其是在發(fā)展中國(guó)家較為落后的地區(qū)的人們，環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展意識(shí)較差，固體廢物、有害廢水以及未經(jīng)處理的廢氣越來越多的排放到外界環(huán)境中，這些有害物質(zhì)不知不覺的向土壤滲透。部分地區(qū)嚴(yán)重污染，土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布廣泛。文章設(shè)計(jì)了一種重金屬污染場(chǎng)地檢測(cè)裝置。

關(guān)鍵詞：重金屬；污染場(chǎng)地；檢測(cè)裝置；設(shè)計(jì)

引言

我國(guó)是土地資源匱乏的大國(guó)，人口密集，可用土壤資源緊張。而土壤污染卻越來越嚴(yán)重。部分地區(qū)嚴(yán)重污染，土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)分布廣泛。有統(tǒng)計(jì)調(diào)查稱，我國(guó)受鎘、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積已達(dá)到2000萬公頃，占全國(guó)總耕地面積的1/5。即使是工業(yè)區(qū)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(nóng)作物食品安全問題以及復(fù)雜的區(qū)域性中毒現(xiàn)象等，全國(guó)范圍內(nèi)頻發(fā)重金屬中毒的緊急事件，嚴(yán)重威脅人民健康與生存環(huán)境。

對(duì)于土壤污染物檢測(cè)這個(gè)問題，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了很多的研究與發(fā)明。就國(guó)外來說，國(guó)外早已將先進(jìn)的科學(xué)應(yīng)用于土壤環(huán)境探測(cè)中，其自動(dòng)化程度已經(jīng)領(lǐng)先世界其他國(guó)家的相關(guān)研究。在自動(dòng)化技術(shù)開始廣泛應(yīng)用的20年代后期，國(guó)外針對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤探測(cè)開始進(jìn)入自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，并快速實(shí)現(xiàn)了商品化、規(guī)?；V泛應(yīng)用于各種土壤指標(biāo)探測(cè)中。這種自動(dòng)化土壤探測(cè)技術(shù)速度快、容量大，很快開始廣泛應(yīng)用于各種土壤指標(biāo)的探測(cè)中。在重金屬檢測(cè)方面，國(guó)內(nèi)的研究主要集中在一些金屬礦產(chǎn)探測(cè)方面。用這種探測(cè)金屬礦產(chǎn)的裝置進(jìn)行重金屬污染方面的勘測(cè)，會(huì)出現(xiàn)各種問題。包括探測(cè)深度的不同、檢測(cè)濃度的差別等。針對(duì)重金屬污染，我們需要一種能夠更精確檢測(cè)污染源的裝置。

1 相關(guān)方法原理介紹與選擇

在重金屬檢測(cè)方面，相關(guān)檢測(cè)方法有電磁法、激發(fā)極化法、電阻率法等。（1）電磁法：電磁法又叫做電磁感應(yīng)法。它是根據(jù)巖石、礦石導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性差異，利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行勘探與檢測(cè)。其工作方式是：對(duì)地注入磁場(chǎng)，當(dāng)土地中存在導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，在對(duì)地輸入的交變電磁場(chǎng)的作用下，土壤中的導(dǎo)電重金屬將由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生電流，感應(yīng)電流再次在周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)二次場(chǎng)的出現(xiàn)會(huì)干擾一次場(chǎng)，最終產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)，我們就根據(jù)這個(gè)新的磁場(chǎng)進(jìn)行對(duì)地下重金屬污染情況的判斷。電磁法非常適用對(duì)金屬礦的探測(cè)。（2）電阻率法：土壤、巖石以及礦石的導(dǎo)電性具有各種各樣的差異，在土壤周圍人工建立電場(chǎng)，觀測(cè)與研究電阻率的不同，因此電阻率法的本質(zhì)就是勘測(cè)過程中通過對(duì)電阻率的識(shí)別來進(jìn)行土壤、地質(zhì)的勘測(cè)。（3）激發(fā)極化發(fā)：是電法勘測(cè)的一種。就是對(duì)地注入電流，根據(jù)導(dǎo)電介質(zhì)的激發(fā)極化效應(yīng)勘測(cè)。它包括時(shí)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(fā)極化；注入直流電則叫做時(shí)間域法，也叫做直流激發(fā)極化。激發(fā)極化法的電路原理圖如圖1。

當(dāng)K置于A時(shí)為直流供電，屬于時(shí)間域測(cè)量方式；K置于B時(shí)為交流供電，屬于頻域測(cè)量方式。文章選擇是基于復(fù)電阻率的時(shí)間域激發(fā)極化法。

2 時(shí)間域數(shù)學(xué)模型

時(shí)間域測(cè)量的理論基礎(chǔ)是：ΔU1是人工電流帶來的電勢(shì)，ΔU2是土壤極化之后產(chǎn)生的電勢(shì)。ΔU（T）則是ΔU1和ΔU2疊加的電變化值，據(jù)圖可知，其值先增大、再趨于一個(gè)穩(wěn)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(cè)的設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)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(hào)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(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法

探測(cè)方法包括兩種：（1）地表測(cè)量。這是一種傳統(tǒng)的土壤探測(cè)方法，其具體實(shí)現(xiàn)過程非常復(fù)雜：它采取的仍然是鉆孔、布局探測(cè)器的傳統(tǒng)工藝。其原理是通過一個(gè)個(gè)的供電電極和測(cè)量電極來獲取不同地點(diǎn)之間的電勢(shì)差，進(jìn)而得到整體測(cè)量地區(qū)的電阻率布局。該研究方法在鉆進(jìn)過程耗費(fèi)大量人力物力，且更適用于較深礦產(chǎn)、地質(zhì)探測(cè)。（2）電阻率測(cè)井測(cè)量。地表測(cè)量是只在地表布局供電電極向地下傳導(dǎo)穩(wěn)定直流電流，人為設(shè)置電場(chǎng)，也是通過測(cè)量一個(gè)個(gè)電極電極之間的電勢(shì)差來達(dá)到勘測(cè)效果。地表測(cè)量方式工藝簡(jiǎn)單，省時(shí)省力且更適合像污染物勘測(cè)這樣埋藏較淺的異物探測(cè)。因此，選擇電阻率測(cè)井測(cè)量。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章介紹了我國(guó)重金屬污染情況，說明了研發(fā)重金屬污染檢測(cè)裝置的重要性，為一種重金屬污染探測(cè)裝置提出了明確的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)將很好的解決我國(guó)重金屬污染難以探測(cè)的問題，為進(jìn)一步的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。