铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法

技术领域

本发明属于重金属污染场地修复过程中污染物去除研究技术领域，具体涉及一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法

背景技术

铬盐作为重要的工业原材料，在电镀等行业广泛使用。

现有的实际场地修复技术普遍为异位修复，抽提地下水单独处理，操作复杂，修复成本高，且在土壤污染修复工程中，发现修复后的土壤会产生“返黄”现象，即Cr(VI)浸出浓度修复达标后再次升高的情况，“返黄”现象无疑导致修复工程难度增大，也存在场地修复过度，导致土体剩余大量的还原剂二次污染土壤等实际场地修复问题。因此，明确铬污染场地土壤铬迁移转化及修复后“返黄”机理，进而防止CI(VI)浓度反弹，提升修复效果，同时节省修复成本绿色节能发展，是当前铬污染土壤治理的关键问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统，其包括协同模拟装置和数据采集装置；

所述协同模拟装置的主体为无盖箱体；所述无盖箱体的内腔底部填充有覆盖整个内腔底面的活性污泥，用于在内腔底部模拟形成隔水层；所述无盖箱体在两个相对的侧面上分别开设有进水口和出水口，且进水口和出水口的高度均高于所述隔水层，进水口和出水口之间形成横向贯通整个内腔的地下水模拟流道，所述地下水模拟流道所在高度范围用于模拟地下水层；所述进水口和出水口的上方水平布置有透水支撑层，透水支撑层上方填充有一层石英砂层，用于模拟饱水层；所述石英砂层上表面覆盖有透水土工布；所述无盖箱体的内腔顶部水平设置有一块地下水布水板，地下水布水板上均匀开设有布水孔，所述地下水布水板与透水土工布之间用于填充污染土壤以形成土壤层，且所述无盖箱体的侧壁在地下水布水板和透水土工布之间高度范围内开设有若干个土壤采样口和若干对修复材料输送提出口；每一对修复材料输送提出口分别开设于无盖箱体的两个相对侧壁上，且一一对应设置，每一对修复材料输送提出口中均能够插入一条横向贯通整个无盖箱体的中空采集管，每个修复材料输送提出口均能够独立控制开闭；所述进水口连接带有进水泵的进水管，所述出水口连接带有出水泵的出水管；所述地下水模拟流道出口所在的无盖箱体侧壁上开设有地下水提水口，且地下水提水口通过带有地下水抽提装置的抽提管连接喷淋装置，所述喷淋装置设置于所述无盖箱体的顶部，用于将从所述地下水模拟流道中抽提的模拟地下水喷淋至地下水布水板上；所述透水支撑层与透水土工布上均匀开设有透水孔，用于供喷淋水渗入所述地下水模拟流道中；

所述数据采集装置包括微生物燃料电池传感器和理化参数传感器，所述微生物燃料电池传感器和理化参数传感器均通过在所述无盖箱体上开设传感器监测口进行安装，且均通过数据线连接电信号采集模组；所述微生物燃料电池传感器安装于所述地下水模拟流道中，用于实时监测地下水中铬污染物浓度；所述理化参数传感器有多组，分别安装于所述地下水模拟流道以及所述土壤层的不同位置，且每一组理化参数传感器中包含温度、盐度、Eh和pH传感器，用于实时监测安装位置的温度、盐度、Eh和pH。

作为优选，所述透水土工布倾斜布置，且透水土工布和透水支撑层之间的石英砂层厚度从进水口向出水口一侧渐缩，用于模拟不同厚度饱水层。

进一步的，所述透水土工布和透水支撑层上开设的透水孔直径为2mm～ 4mm；所述透水土工布的倾斜角为15°。

作为优选，所述微生物燃料电池传感器有两组，每一组微生物燃料电池传感器均包含碳毡材质的阴极和阳极，阳极插入活性污泥中，而阴极置于地下水模拟流道中；一组微生物燃料电池传感器连接于并联的电阻和电信号采集模组上，另一组微生物燃料电池传感器直接连接在电信号采集模组上。

作为优选，所述电信号采集模组通过数据线连接上位机，用于存储所述微生物燃料电池传感器和理化参数传感器的监测数据。

作为优选，所述修复材料输送提出口、土壤采样口和传感器监测口均为多个，在所述无盖箱体的侧壁上均匀布设。

作为优选，所述出水管末端连接储液罐，用于对模拟地下水进行收集。

作为优选，所述修复材料输送提出口的直径为8～10mm。

第二方面，本发明提供了一种利用如第一方面所述模拟系统的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟方法，其包括：

S1、对采集的未污染土壤进行测定分析，获得所述土壤的物化指标及铬污染物浓度；

S2、对采集的未污染土壤进行风干、磨碎和过10目筛后，通过添加K

S3、将所述活性污泥、所述石英砂和所述污染土壤均按照模拟方案中设定的目标厚度填入所述无盖箱体中；

S4、打开进水泵和出水泵，将模拟地下水通过进水口注入地下水模拟流道中模拟地下水流动，开启地下水抽提装置并调节出水泵的出水流量，使地下水模拟流道中的模拟地下水通过喷淋装置的喷淋作用喷洒至土壤层中，喷淋的模拟地下水经土壤的毛细作用下渗到地下水中并在下渗过程中使地下水中污染物与铬污染修复材料充分接触，模拟土壤-地下水协同修复；待淋入土壤中的地下水与土壤渗入地下水体的水量平衡时，将进水泵的进水流量调节为与出水泵的出水流量一致；

S5、开启电信号采集模组，待采集到的微生物燃料电池传感器的读数稳定后，关闭进水泵、出水泵和地下水抽提装置，依次打开每一对修复材料输送提出口并向其中贯通式插入一条中空采集管取出一条土柱样品，然后封闭一侧的修复材料输送提出口，将土壤铬污染修复材料压入中空采集管中，再利用一条推杆将其推入并填满土柱样品原先所在的空间，最后封闭所有修复材料输送提出口；

S6、完成S5步骤后，重新按照原先设定的流量开启进水泵、出水泵和地下水抽提装置，进行铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟过程，且在模拟过程中通过微生物燃料电池传感器实时监测地下水中铬污染物浓度，通过理化参数传感器实时监测土水体系中不同位置的温度、盐度、Eh和pH，并保存于上位机中，同时在模拟过程中定时采集土样和模拟地下水样在实验室中进行铬污染物浓度检测；待模拟至地下水中铬污染物浓度稳定低于修复目标值后，关闭进水泵、出水泵和地下水抽提装置并取出所有土壤铬污染修复材料，然后重新开启进水泵、出水泵和地下水抽提装置，保持正常的地下水循环，继续实时监测地下水中铬污染物浓度和土水体系中不同位置的温度、盐度、Eh和pH，用于研究场地修复返黄现象。

作为优选，所述上位机中存储的微生物燃料电池传感器实时监测地下水中铬污染物浓度获得的电信号需要利用实验室检测的铬污染物浓度进行建模，得出两者之间的换算模型，从而根据该换算模型对微生物燃料电池传感器的全部实时电信号进行反演，得到整个模拟过程中地下水中铬污染物浓度的变化情况。

本发明可通过施加修复材料，利用地下水循环系统，使材料与地下水土壤中的污染物充分接触，实现土壤—地下水协同修复，并将反应后的材料移出土体同时将污染物移出土体，达到绿色节能修复的目的。同时利用微生物燃料电池、集成式探头监测模块反映地下水铬污染浓度、pH、温度、盐度、Eh等参数，记录修复材料处理铬污染场地中土壤—地下水全过程，旨在低成本、高效的探究污染场地中铬污染物的迁移扩散过程及修复材料最佳使用量和使用条件，实现对铬污染场地土壤-地下水协同修复过程中的修复效果的研究，为实际场地原位一体化修复提供理论支撑。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明通过搭建的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法，实现了场地协同修复，污染物去除全过程的模拟和研究；；

2)本发明搭建的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法，通过对微生物燃料电池实时监测的数据建模反应污染物浓度，可以低成本、高效地探究修复过程中的拖尾现象；

3)本发明搭建的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法，通过对土壤箱体进行分区，可以探究施加/提取修复材料对污染土壤污染物去除过程，整体修复效果及修复结束后的返黄现象。

4)本发明搭建的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统及方法，可以方便探究自制修复材料对场地污染物整体修复效果。

5)本发明搭建的铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟装置中，通过监测系统，直观地反映场地修复过程中，污染物浓度及环境参数的实时变化情况，以判断材料使用量与场地污染物之间的关系，探究污染场地未修复完成或修复过度辨别方法。

附图说明

图1为一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统的结构示意图；

图2为塑料中空管和塑料实心棒的示意图；

图3为塑料中空管和塑料实心棒的装配使用示意图；

图4为另一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统的结构示意图。

图中附图标记为：污染土壤1、地下水布水板2、修复材料输送提出口3、土壤采样口4、传感器监测口5、透水土工布6、透水支撑层7、地下水模拟流道 8、进水口9、出水口10、地下水提水口11、活性污泥12、出水泵13、进水泵 14、储液罐15、地下水抽提装置16、微生物燃料电池传感器17、理化参数传感器18、电信号采集模组19、上位机20、数据线21、喷淋装置22。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种铬污染场地土壤- 地下水协同修复处理模拟系统，其包括协同模拟装置和数据采集装置。下面对这两部分装置的具体结构和功能实现进行详细描述。

其中，协同模拟装置的主体为无盖箱体，该箱体顶部敞口作为喷淋区域，而其余区域除了进出水的通道之外均可密封。无盖箱体的内腔整体从下到上依次设有隔水层、地下水层、饱水层和土壤层。无盖箱体的内腔底部填充有覆盖整个内腔底面的活性污泥12，从而在内腔底部模拟形成隔水层。无盖箱体在两个相对的侧面上分别开设有进水口9和出水口10，且进水口9和出水口10的高度均高于隔水层，模拟地下水可以从进水口9，然后横向穿过活性污泥12上方，再从出水口10流出。由此，进水口9和出水口10之间形成横向贯通整个内腔的地下水模拟流道8。因此，地下水模拟流道8所在高度范围用于模拟土壤中的地下水层。进水口9和出水口10的上方水平布置有透水支撑层7，透水支撑层7是一层四周固定于无盖箱体侧壁上的刚性承托结构，其表面开设有透水孔，因此在起到承托上方载荷的基础上能够保证上方来水可以渗透至下方的地下水层中。透水支撑层7上方填充有一层石英砂层，用于模拟饱水层。因此，透水支撑层7上的孔径不宜过大，防止石英砂流失。透水支撑层7可设置为可拆卸形式，以便于放入或取出活性污泥和石英砂。石英砂层上表面覆盖有透水土工布6，以便于隔绝石英砂和上方的土壤。无盖箱体的内腔顶部水平设置有一块地下水布水板2，地下水布水板2上均匀开设有布水孔，地下水布水板2的开孔区域应当尽量覆盖整个无盖箱体的横截面。地下水布水板2与透水土工布6之间用于填充污染土壤1 以形成土壤层。此处土壤层中所填充的土壤可以根据实际情况进行选择，可以是一种土壤也可以是多种土壤，以便于模拟不同的土壤结构。当采用多种土壤时，土壤之间的界面可以通过设置土工布进行分隔。透水土工布6上也可以均匀开设有透水孔，用于供喷淋水顺利渗入地下水模拟流道中，形成地下水的循环。

另外，为了便于在实际模拟时对土壤进行采样分析，无盖箱体的侧壁在地下水布水板2和透水土工布6之间高度范围内开设有若干个土壤采样口4。土壤采样口4的具体数量可根据实际需要进行设置，一般可以在整个侧壁的不同高度位置均匀设置多个土壤采样口4，以便于采集整个土壤区域不同高度的土样，从而了解修复过程中的污染物迁移情况。

另外，无盖箱体的侧壁在地下水布水板2和透水土工布6之间高度范围内还开设有若干对修复材料输送提出口3。每一对修复材料输送提出口3分别开设于无盖箱体的两个相对侧壁上，且一一对应设置，即一侧侧壁上开设一个修复材料输送提出口3，另一侧侧壁上相同位置开设另一个修复材料输送提出口3，两个修复材料输送提出口3均可以独立控制开闭。每一对修复材料输送提出口3中，均能够通过打开两个修复材料输送提出口3，并插入一条横向贯通整个无盖箱体的中空采集管。向一对修复材料输送提出口3中插入中空采集管的作用是取出一条土柱，同时可以将土壤铬污染修复材料填入该土柱所在的空间中，进而对污染土壤进行修复。

在本实施例中，为了均匀放入土壤铬污染修复材料，无盖箱体的侧壁上一共设置12对贯穿箱体的修复材料输送提出口3，从而形成网格式点阵布置形式。其中，修复材料输送提出口3的直径优选为8～10mm。

如图2所示，在本发明中展示了中空采集管的一种实现方式，其可以采用一条塑料中空管来实现，塑料中空管的长度应当能够贯穿整个无盖箱体，其在插入无盖箱体内填充的污染土壤过程中能够将一段土柱填入其中。同时，该塑料中空管还可以配套一条能够插入塑料中空管的塑料实心棒。如图3所示，该塑料实心棒可插入塑料中空管的管体中，进而将土柱推出塑料中空管。而在填充土壤铬污染修复材料时，可以预先将土壤铬污染修复材料填入塑料中空管内，然后封闭一侧的修复材料输送提出口3，将塑料中空管插入另一侧的修复材料输送提出口3 中，然后用塑料实心棒插入塑料中空管的管体中将土壤铬污染修复材料缓缓推出塑料中空管，同时缓缓拔出塑料中空管，使土壤铬污染修复材料重新填充土柱所在空间。同样的，假如土壤铬污染修复材料失效后，亦可采用相同的方法去除失效的土壤铬污染修复材料，重新换入新的土壤铬污染修复材料。

需要说明的是，本发明中的土壤铬污染修复材料其形式不限，在使用时可以更换不同的具有对土壤中铬污染进行修复的材料，以便于通过模拟实验研究不同材料的修复效果，寻找最佳的修复材料。同时也可以模拟研究修复材料使用量与场地污染物之间的关系，探究污染场地未修复完成或修复过度辨别方法。

另外，为了保证模拟地下水能够循环，进水口9连接带有进水泵14的进水管，出水口10连接带有出水泵13的出水管。为了便于控制进水流量和出水流量，进水泵14和出水泵13均可采用蠕动泵来实现。同时地下水模拟流道8出口所在的无盖箱体侧壁上开设有地下水提水口11，地下水提水口11应当位于地下水模拟流道8的上部标高位置，以减少下方活性污泥被抽出的可能性。另外，地下水提水口11通过带有地下水抽提装置16的抽提管连接喷淋装置22，喷淋装置22 设置于无盖箱体的顶部，其作用是将模拟地下水从地下水模拟流道8中抽提出，然后将抽出的模拟地下水喷淋至地下水布水板2上，在地下水布水板2的布水作用下均匀分散至整个土壤层的顶面上。地下水抽提装置16也可以采用蠕动泵，以便于控制流量。

另外，本发明中的数据采集装置包括微生物燃料电池传感器17和理化参数传感器18，其中微生物燃料电池传感器17和理化参数传感器18均通过在无盖箱体上开设传感器监测口5进行安装，且每个微生物燃料电池传感器17和理化参数传感器18均通过数据线21连接电信号采集模组19。在本发明中，微生物燃料电池传感器17安装于地下水模拟流道8中，用于实时监测地下水中铬污染物浓度；而理化参数传感器18有多组，分别安装于地下水模拟流道8以及土壤层的不同位置，且每一组理化参数传感器18中包含温度、盐度、Eh和pH传感器，用于实时监测安装位置的温度、盐度、Eh和pH。在本实施例中，一共有三组理化参数传感器18，一组安装在地下水模拟流道8位置，另外两组安装在土壤层所在高度范围内的无盖箱体外壁上的两个不同高度处。

同样的，修复材料输送提出口3、土壤采样口4和传感器监测口5均可以设置多个，而且在无盖箱体的侧壁上最好都呈均匀布设，以便于模拟不同的修复方式，同时了解不同位置的污染物浓度和理化参数。

另外，在本发明的实施例中，透水土工布6和透水支撑层7的厚度可以通过调节来实现对于不同土壤结构的模拟。因此，透水土工布6除了水平布置之外还可以按照倾斜布置。参见图1所示，该透水土工布6和透水支撑层7之间的石英砂层厚度从进水口9向出水口10一侧渐缩，用于模拟不同厚度饱水层。另外，透水土工布6和透水支撑层7上开设的透水孔直径优选为2mm～4mm。透水土工布6的倾斜角优选为15°。

需要说明的是，本发明中的微生物燃料电池传感器17，其作用是用于实时监测地下水中铬污染物浓度，但是根据传感器的原理，其检测到的并非直接是地下水中铬污染物浓度，而是与地下水中铬污染物浓度相关的电信号，后续还需要通过电信号与地下水中铬污染物浓度之间的换算模型进行转换。微生物燃料电池传感器17的具体结构形式不限，可采用任意能够检测地下水中铬污染物浓度的微生物燃料电池传感器实现。

作为本发明的一种较佳实现方式，微生物燃料电池传感器17可以同时设置两组，每一组微生物燃料电池传感器17均包含阴极和阳极，阴极和阳极均可采用碳毡材质的电极实现。其中，阳极插入活性污泥12中与活性污泥接触，而阴极置于地下水模拟流道8中与模拟地下水接触。其中一组微生物燃料电池传感器 17连接于并联的电阻和电信号采集模组19上，即该组微生物燃料电池传感器17 的阴极和阳极分别连接于一个外接电阻的两端，同时电信号采集模组19的两个接线端也并联接于一个外接电阻的两端上。另一组微生物燃料电池传感器17直接连接在电信号采集模组19的两个接线端上，即该组微生物燃料电池传感器17 的阴极和阳极分别连接于电信号采集模组19的的两个接线端上。

上述碳毡阴极、碳毡阳极和电信号采集模组19的具体选型均可根据实际需要调整。在本发明的一个较佳实施例中，微生物燃料电池组件17中，用碳毡剪制成1cm×1cm，经过实验处理制成掺N-碳毡阳极，另外将1cm×1cm碳毡浸泡在含有纳米Fe-Al-LDH材料的液体中离心后烘干制成纳米Fe-Al-LDH碳毡阴极。使用电烙铁将电线焊接在阴阳极端口上，将阳极插入活性污泥12中，阴极置于地下水模拟流道8中。一共设有两组微生物燃料电池，其中：一组外接电阻，电阻并联电信号采集模组19；另一组直接连接电信号采集模组19。在一实施例中，电信号采集模组19可由RS485和DAQM-4200两个模块串接而成。

上述掺N-碳毡阳极的制备方法为：将3.8g尿素溶于40ml甲醇中形成混合尿素的甲醇溶剂，然后将碳毡加入混合尿素的甲醇溶剂中，并在80℃下加热8h，以完全蒸发基质中的甲醇溶剂，完成一轮重复；一共重复三轮，得到最终的掺 N-碳毡阳极。

上述纳米Fe-Al-LDH碳毡阴极的制备方法为：将4.8gAlCl

虽然本发明的微生物燃料电池中可以直接采用普通碳毡作为阴极和阳极，但是上述掺N-碳毡阳极和纳米Fe-Al-LDH碳毡阴极，经过改性后能够增加电信号灵敏度。而电极的灵敏度越高、斜率越大，传感器对重金属的电信号响应就越显著，有利于传感器对污染物浓度变化的实时监测。基于上述改性电极的微生物燃料电池，对地下水中铬污染物的监测具有更高灵敏度。

另外，如图4所示，在另一实施例中，还可以将电信号采集模组19通过数据线21连接上位机20，用于存储微生物燃料电池传感器17和理化参数传感器 18的监测数据。最终将电信号采集模组19通过数据线21连接上位机20，设置电信号采集模组运行环境，使微生物燃料电池组件17和理化参数传感器18实现实时监测，并通过数据线21外接电信号采集模组19，将电信号数据传到上位机 20，通过上位机进行后续的数据分析。

本发明中的模拟地下水可以采集实际的地下水，也可以根据实际地下水的水质配制模拟液。进水管前端可连接存储模拟地下水的储罐，进行不断进水。同时，如图4所示，在另一实施例中，还可以在出水管末端连接储液罐15，用于对模拟地下水进行收集，由此这些模拟地下水即可进行不断地循环利用。

在发明中，基于上述铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟系统，还可以提供一种铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟方法，其包括：

S1、对采集的未污染土壤进行测定分析，获得所述土壤的物化指标及铬污染物浓度。其中，采集的土壤可预先进行未污染地区调查，选择合适采样地点后采集相关土样。测定的土壤物化指标包括土壤pH值、有机质含量、氧化还原电位和重金属含量。

S2、对采集的未污染土壤进行风干、磨碎和过10目筛后，通过添加K

S3、将活性污泥、石英砂和污染土壤均按照模拟方案中设定的目标厚度填入所述无盖箱体中。其中，模拟方案可根据实际的模拟试验需要进行设定，模拟方案中通入地下水的流量和流速可以根据所查水文地质条件进行拟定。

S4、打开进水泵14和出水泵13，将模拟地下水通过进水口9注入地下水模拟流道8中模拟地下水流动，开启地下水抽提装置16并调节出水泵13的出水流量，使地下水模拟流道8中的模拟地下水通过喷淋装置22的喷淋作用喷洒至土壤层中，喷淋水通过土壤层的毛细作用下渗到地下水中，并在下渗过程中使地下水中污染物能与土壤铬污染修复材料充分接触，模拟土壤-地下水协同修复；待淋入土壤中的地下水与土壤渗入地下水体的水量平衡时，将进水泵14的进水流量调节为与出水泵13的出水流量一致。

S4步骤中初始注入的模拟地下水可才用未污染地区的地下水，通过进水口 9注入以作为模拟地下水流动。另外，在执行S4步骤时，如果进水后箱体内腔底部的活性污泥存在流失情况，亦可向箱体地下水层补充活性污泥，保持隔水层。

执行完S4步骤后，后续即可启动模拟系统，观测污染物在模拟系统中的修复处理过程，并定期从装置取样进行检测分析，模拟系统运行的过程如下：

S5、开启电信号采集模组19，待电信号采集模组19采集到的微生物燃料电池传感器17的读数稳定后，关闭进水泵14、出水泵13和地下水抽提装置16，依次打开每一对修复材料输送提出口3并向其中贯通式插入一条中空采集管取出一条土柱样品，然后封闭一侧的修复材料输送提出口3，将土壤铬污染修复材料压入中空采集管中，再利用一条推杆将其推入并填满土柱样品原先所在的空间，最后封闭所有修复材料输送提出口3。

需要注意的是，初始利用中空采样管取出的土样，可一部分封存待实验分析，其余放回土壤层表面进行模拟。

另外，由于土壤铬污染修复材料存在使用寿命，因此假如发现土壤铬污染修复材料失效，即一段时间内电信号采集模组19采集到的微生物燃料电池传感器 17的读数趋近稳定，即可重新通过修复材料输送提出口3提取出失效材料，换一批新的土壤铬污染修复材料。

S6、完成S5步骤后，重新按照原先设定的流量开启进水泵14、出水泵13 和地下水抽提装置16，进行铬污染场地土壤-地下水协同修复处理模拟过程，且在模拟过程中通过微生物燃料电池传感器17实时监测地下水中铬污染物浓度，通过理化参数传感器18实时监测土水体系中不同位置的温度、盐度、Eh和pH，并保存于上位机20中，同时在模拟过程中定时采集土样和模拟地下水样在实验室中进行铬污染物浓度检测，用于研究修复场地拖尾现象。待模拟至地下水中铬污染物浓度稳定低于修复目标值后，关闭进水泵14、出水泵13和地下水抽提装置16并取出所有土壤铬污染修复材料，然后重新开启进水泵14、出水泵13和地下水抽提装置16，保持正常的地下水循环，继续实时监测地下水中铬污染物浓度和土水体系中不同位置的温度、盐度、Eh和pH，用于研究场地修复返黄现象。最终模拟场地铬污染物修复达标后，即可停止整个模拟系统的运行。

另外，在模拟修复过程中，通过土壤采样口4和地下水提水口11提取的土样、水样进行实验室检测后，其实测数据中地下水中铬污染物浓度可用于与上位机中存储的微生物燃料电池传感器17实时监测地下水中铬污染物浓度获得的电信号进行建模，得出两者之间的换算模型，从而根据该换算模型对微生物燃料电池传感器17的全部实时电信号进行反演，得到整个模拟过程中地下水中铬污染物浓度的变化情况。

由于本发明中存在两组微生物燃料电池传感器，其中电信号采集模组19从并联接在外接电阻和电信号采集模组19上的一组微生物燃料电池传感器上测得的是外接电阻上的电流I，从直接连接在电信号采集模组19上的一组微生物燃料电池传感器上测得的是开路电压V。由于污染物浓度会影响溶液的电导率和微生物燃料电池工作产生的电信号变化，且电信号的衰减与污染物浓度呈正比，因此这两种信号都可以用于通过建模反演地下水中铬污染物浓度。

需要注意的是，此处的换算模型形式可以是线性模型、非线性模型、或者神经网络模型，具体选择以拟合效果最佳为准。

在一实施例中，如果以开路电压V作为建模信号，其换算模型的形式可以采用如下公式：

式中：C为地下水中铬污染物浓度，V

在一实施例中，如果以电流I作为建模信号，其换算模型的形式可以采用如下公式：

式中：C为地下水中铬污染物浓度，I

上述两个换算模型经过实验室检测的铬污染物浓度数据进行参数拟合后，即可用于根据电信号反演得到地下水中铬污染物浓度。由于不同的地下水或者污泥形成的泥水混合环境中，微生物与不同电信号之间的相关性可能存在差异，因此实际应用时可利用实测数据对上述两个换算模型分别进行拟合，以拟合效果最佳的换算模型作为最终使用的换算模型。

当然，除了上述两个实施例中的换算模型形式之外，亦可以通过数据对不同形式的f(C,V)函数、f(C,I)函数进行拟合，根据拟合修正寻找，更合适的模型。

为了便于实时观测铬污染场地土壤-地下水协同修复处理过程中装置内部情况，可以箱体设置为透明箱体，可以采用透明有机玻璃材质进行加工。

综上，本发明的方法是通过对铬污染场地与未污染地区进行现场踏勘与采样分析，在实验室中构建场地模拟装置，通过实验室控制变量条件，探究铬污染场地土壤-地下水协同修复处理铬污染物去除全过程。

本发明实现了对铬污染场地修复污染物去除全过程的模拟和研究，通过监测系统，直观地反映场地修复过程中，污染物浓度及环境参数的变化情况，可以探究施加修复材料对污染土壤污染物去除的影响，明确整体修复效果，可以探究修复过程中的拖尾现象及返黄现象，以判断材料使用量与场地污染物之间的关系，探究污染场地未修复完成或修复过度辨别方法。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。