隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)重金屬礦產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，與此同時(shí)礦山的開采引發(fā)的問題日益嚴(yán)重。長(zhǎng)期以來(lái)，許多礦山由于管理不善和環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)等原因，在開采過(guò)程中對(duì)礦區(qū)周圍的土壤、大氣和水體造成了嚴(yán)重的污染。土壤重金屬污染又直接導(dǎo)致了種植的農(nóng)作物重金屬含量超標(biāo)，威脅著人類的安全與健康。

1. 有色金屬礦業(yè)環(huán)境重金屬污染現(xiàn)狀

我國(guó)由于技術(shù)、管理及效益差等原因的影響，資源開發(fā)中的生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)重。由于有色金屬礦石品位低，每加工1噸礦石所產(chǎn)生的尾礦就達(dá)0.92噸以上，積存的尾砂、廢渣已達(dá)1×109 t，尾砂、廢渣中的重金屬元素又不斷向周邊環(huán)境釋放遷移，通過(guò)植物、水生生物等食物鏈長(zhǎng)期危害人體健康。在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采、運(yùn)輸和選冶過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生一定的大都含有重金屬元素的固體、液體和氣體廢棄物，這些重金屬一旦進(jìn)入到周圍的大氣、水和土壤環(huán)境中去，便對(duì)當(dāng)?shù)啬酥链蠓秶h(huán)境產(chǎn)生一定的污染和危害。

1.1 采礦過(guò)程污染

采礦作業(yè)過(guò)程就是將礦物破碎、并從井下搬運(yùn)到地面的過(guò)程。礦物破碎時(shí)，一部分重金屬通過(guò)井下通風(fēng)系統(tǒng)隨污風(fēng)排至地表，然后通過(guò)大氣擴(kuò)散進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，或沉降到土壤和水體中；一部分通過(guò)坑道廢水進(jìn)入地下水或地面水環(huán)境、礦物質(zhì)在井下或地面搬運(yùn)過(guò)程中，也因?yàn)⒙?、揚(yáng)塵進(jìn)入附近的水體或土壤中，對(duì)環(huán)境造成危害。

1.2 選礦過(guò)程污染

選礦廢水以及尾礦沉淀后的廢液經(jīng)簡(jiǎn)單處理后循環(huán)使用或用于周邊農(nóng)田灌溉，部分廢液經(jīng)尾礦壩泄水孔直接外排至周邊水體。尾礦庫(kù)中的重金屬通過(guò)外排的廢液或者通過(guò)揚(yáng)塵進(jìn)入周邊環(huán)境，從而對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生重金屬污染和危害。在礦產(chǎn)資源開采過(guò)程中，選礦廢水和尾礦庫(kù)的重金屬是礦山環(huán)境污染的重要來(lái)源。

1.3 尾礦污染

礦山廢棄物中的重金屬，一方面通過(guò)廢石和尾礦堆的孔隙下滲進(jìn)入底墊土壤或通過(guò)地表徑流進(jìn)入周圍環(huán)境土壤，另一方面通過(guò)地表徑流進(jìn)入下游水文系統(tǒng)或下滲到地下水，徑流又?jǐn)y帶重金屬進(jìn)入流經(jīng)的土壤，造成整個(gè)礦區(qū)甚至附近大區(qū)域的水體和土壤的污染，并影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)。

2. 有色金屬礦業(yè)環(huán)境重金屬監(jiān)測(cè)體系

綜上所述，有色金屬礦業(yè)對(duì)環(huán)境的重金屬污染包括了大氣、水體和土壤三個(gè)方面。因此，為了全面監(jiān)測(cè)有色金屬礦業(yè)環(huán)境重金屬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：大氣、水體和土壤三個(gè)部分，選用監(jiān)測(cè)儀器如下表：

2.1 大氣重金屬在線分析儀EHM-X系統(tǒng)概述

EHM-X系列大氣重金屬在線分析儀是天瑞儀器創(chuàng)造的雙功能全自動(dòng)在線分析儀器。它創(chuàng)新地將技術(shù)——X射線熒光（XRF）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、β射線吸收檢測(cè)技術(shù)與空氣顆粒物自動(dòng)富集技術(shù)結(jié)合，不僅可以監(jiān)測(cè)空氣顆粒物質(zhì)量濃度, 還可以同時(shí)對(duì)顆粒物中元素成分進(jìn)行定量分析。該儀器具有pg/m3 量級(jí)的檢出限，處于先進(jìn)水平，廣泛應(yīng)用于空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、污染溯源及源解析、環(huán)境評(píng)價(jià)等領(lǐng)域。

圖1 天瑞儀器EHM-X200大氣重金屬在線分析儀圖片（從左到右分別為儀器主機(jī)、站房機(jī)柜上的儀器和車載儀器）

2.1.1 測(cè)量原理

儀器以恒定的工況流量將空氣吸入顆粒物切割器中，以PM2.5為例，動(dòng)力學(xué)直徑在2.5um附近及以下的顆粒污染物進(jìn)入到儀器的富集系統(tǒng)中。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的富集后，富集系統(tǒng)自動(dòng)切換成β射線分析系統(tǒng)，利用β射線的衰減與顆粒物的質(zhì)量濃度成指數(shù)的關(guān)系，對(duì)顆粒物的質(zhì)量濃度進(jìn)行分析。然后卷膜系統(tǒng)將富集有空氣顆粒物的濾紙移動(dòng)到X射線熒光分析系統(tǒng)，分別利用X射線熒光的能量和強(qiáng)度對(duì)顆粒物中的元素成分進(jìn)行定性和定量的分析。

圖2 天瑞儀器 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)示意圖

X射線熒光光譜技術(shù)（XRF）的原理見圖3所示，可以直接檢測(cè)固體或液體樣品中ppm量級(jí)的元素成分。采用富集后再檢測(cè)的辦法，使得XRF技術(shù)對(duì)空氣顆粒物中的重金屬成分的檢測(cè)限優(yōu)于0.001ug/m3。而常規(guī)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)技術(shù)，由于預(yù)處理消解過(guò)程中需要將微克量級(jí)的樣品溶解到幾十克的液體中，而使得濃度被稀釋百萬(wàn)倍，從而多數(shù)儀器（譬如ICP-AES、或原子吸收光譜儀）無(wú)法檢出元素含量低于10ug/m3量級(jí)的空氣顆粒物樣品。

圖3 X射線熒光光譜技術(shù)原理圖

2.1.2 性能特點(diǎn)

（1）先進(jìn)的X射線熒光(XRF)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與大氣顆粒物自動(dòng)富集技術(shù)結(jié)合，符合美國(guó)EPA IO-3.3標(biāo)準(zhǔn)方法。
（2）用戶可以選擇增加基于β射線的顆粒物質(zhì)量濃度測(cè)量模塊，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)儀器通過(guò)一次采樣同時(shí)測(cè)量顆粒物總質(zhì)量濃度與重金屬成分濃度，增加數(shù)據(jù)可比性、為污染溯源分析提供依據(jù)。
（3）可選配TSP、PM10、或PM2.5顆粒物切割器，實(shí)現(xiàn)重金屬顆粒物在不同動(dòng)力學(xué)直徑上的分布測(cè)量。
（4）鉛、鐵、鎘、鉻、砷等30種重金屬含量測(cè)量，探測(cè)靈敏度10pg/m3量級(jí)，重金屬元素可擴(kuò)展。
（5）具備流量校準(zhǔn)功能，具備空白以及所有分析元素的校準(zhǔn)功能，具備光管強(qiáng)度自校準(zhǔn)功能和能量刻度自動(dòng)校準(zhǔn)功能；
（6）提供設(shè)備配套數(shù)據(jù)分析管理軟件，開放通訊協(xié)議，可接入已有數(shù)采平臺(tái)；中文操作界面，觸摸屏操作，顯示實(shí)時(shí)采樣流量，采樣時(shí)間，測(cè)量狀態(tài)，重金屬濃度值、含量曲線等信息。
（7）提供預(yù)警預(yù)報(bào)智能分析二次開發(fā)功能接口，用于實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)未監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的空氣重金屬濃度的預(yù)測(cè)預(yù)警、對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有效性進(jìn)行判斷、通過(guò)當(dāng)前數(shù)據(jù)對(duì)未來(lái)污染趨勢(shì)及擴(kuò)散路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1.3 技術(shù)參數(shù)

以下列出了大氣重金屬在線分析儀的一些重要技術(shù)參數(shù)（表1）。

表1 天瑞儀器 EHM-X200大氣重金屬監(jiān)測(cè)儀技術(shù)參數(shù)

2.1.4 系統(tǒng)配置

產(chǎn)品配置清單如下，包括隨機(jī)備件、工具套裝、隨機(jī)文件、以及安裝維修所需的備品備件和耗材。

2.2 WAOL3000-HM多參數(shù)水質(zhì)在線重金屬分析儀

WAOL3000-HM多參數(shù)水質(zhì)在線重金屬分析儀是天瑞儀器是一款基于機(jī)構(gòu)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)方法——陽(yáng)極溶出伏安法與光度比色法的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)水質(zhì)中重金屬離子的測(cè)定工具。該儀器可以同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水樣中的多種重金屬含量，其顯著特點(diǎn)包括檢出限低、準(zhǔn)確度高、操作方便、維護(hù)成本低等；而由于Cr通過(guò)陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定結(jié)果波動(dòng)較大，因此采用測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的光度比色法，并通過(guò)系統(tǒng)控制成功的將陽(yáng)極溶出伏安法與光度比色法集中于同一監(jiān)測(cè)儀器中，克服了陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定Cr不準(zhǔn)的缺點(diǎn)同時(shí)也克服了光度比色法不能同步測(cè)量多種重金屬的缺點(diǎn)。該儀器可廣泛應(yīng)用于地表水、自來(lái)水、地下水、河流湖泊以及海水等領(lǐng)域。

圖4 天瑞儀器WAOL3000-HM多參數(shù)水質(zhì)在線重金屬分析儀圖片

2.2.1 測(cè)量原理

（1）陽(yáng)極溶出伏安法

在一定的電位下，使待測(cè)金屬離子部分地還原成金屬并溶入微電極或析出于電極的表面，然后向電極施加反向電壓，使微電極上的金屬氧化而產(chǎn)生氧化電流，根據(jù)氧化過(guò)程的電流一電壓曲線進(jìn)行分析的伏安法。 陽(yáng)極溶出伏安法以其極低的成本與高靈敏度的特點(diǎn)、目前在歐美正取代傳統(tǒng)的原子吸收方法大量應(yīng)用于環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)、自來(lái)水檢測(cè)、電鍍和表面處理行業(yè)廢水檢測(cè)、食品、制藥、醫(yī)院廢水監(jiān)測(cè)等方面。

圖5 陽(yáng)極溶出伏安法原理

（2）光度比色法

光度比色法主要是根據(jù)朗伯比爾定律，一束單色光照射于一吸收介質(zhì)表面，在通過(guò)一定厚度的介質(zhì)后，由于介質(zhì)吸收了一部分光能，透射光的強(qiáng)度就要減弱。吸收介質(zhì)的濃度愈大，介質(zhì)的厚度愈大，則光強(qiáng)度的減弱愈顯著。

圖6 光度比色法原理

2.2.2 性能特點(diǎn)

（1）集成陽(yáng)極溶出伏安法（ASV）原理（US EPA7063、US EPA7472）、光度比色法原理（GB7466-87）；
（2）能夠同時(shí)測(cè)量銅、鎘、鉛、鋅、汞、砷、六價(jià)鉻七種元素，還可擴(kuò)展測(cè)量鎳、錳、鐵、鈷、等十余種重金屬；
（3）測(cè)量精度可達(dá)ppb級(jí)別；
（4）創(chuàng)新思想的軟件分層架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)儀器流程靈活配置；
（5）高溫高壓水樣前處理，快速的冷卻水循環(huán)降溫；
（6）實(shí)時(shí)儀器漏液監(jiān)測(cè)，保證儀器穩(wěn)定運(yùn)行；
（7）可廣泛應(yīng)用于地表水、自來(lái)水、地下水、河流湖泊等流域。

3.2.3技術(shù)參數(shù)

2.2.4 系統(tǒng)配置

2.3 Genius 9000 XRF手持式土壤重金屬分析儀

Genius 9000 XRF手持式土壤重金屬分析儀基于XRF熒光技術(shù)的，一款專門針對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)、野外，進(jìn)行X熒光分析應(yīng)用而設(shè)計(jì)的儀器，具有提及下，重量輕，普通人可手持測(cè)量的特點(diǎn)；產(chǎn)品具有超小、超輕、超美、超安全、超方便、超長(zhǎng)待機(jī)、超防水、超準(zhǔn)、超快等特點(diǎn)，并在小型X射線熒光光譜儀上引入了數(shù)字多道技術(shù)，使儀器檢出限更好，穩(wěn)定性更高，適用面更廣。

圖6 天瑞儀器Genius 9000 XRF手持式土壤重金屬分析儀圖片

2.3.1 儀器優(yōu)勢(shì)

（1）可用于檢測(cè)汞、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鎳、鈷、釩等引起的土壤污染；
（2）快速普查超大范圍的土壤地址污染區(qū)，繪制污染圖、實(shí)施勘查
（3）發(fā)現(xiàn)異常狀況，做到優(yōu)先考慮和治理
（4）現(xiàn)場(chǎng)快速追蹤污染異常，有效地尋找“污點(diǎn)"地帶，圈定受到污染的邊界
（5）對(duì)土壤重金屬元素能快速的現(xiàn)場(chǎng)原位分析，引起快速篩選排查的作用
（6）快速普查各類居住用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地等一級(jí)二級(jí)三級(jí)用地
（7）PDA自帶有GPS信號(hào)，可以與GIS系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，繪制地圖
（8）設(shè)備有數(shù)字多道技術(shù)，可以更加快速的分析，從就可以得出定性定量結(jié)果，設(shè)計(jì)成高計(jì)數(shù)率，大大提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，而穩(wěn)定性在土壤重金屬測(cè)試中尤為重要，因?yàn)樵谕寥乐衅渲亟饘俸慷己艿?
（9）超高的分別率可以減少砷與鉛的干擾和鐵對(duì)鎳的干擾，其超低的檢出限也很適合用于環(huán)保土壤重金屬的檢測(cè)

2.3.2 技術(shù)參數(shù)