裂隙介导的PFOA迁移与生物-矿物协同衰减机制：多场耦合下反应性修复的预测意义

本研究通过多过程模型耦合Hydrus反演与COMSOL正向模拟，定量揭示裂隙宽度、生物-矿物（微菌-FexSy）交互及地下水类型（HCO3-/NO3-等）对全氟辛酸（PFOA）迁移与衰减的协同调控机制，为异质场地反应性屏障（Bio-PRBs）设计提供理论依据与参数支持。

　　

Research content and methods

为探究上述问题，本研究构建了实验室裂隙实验系统、生物可渗透反应墙（Bio-PRBs）修复柱系统，以及耦合Hydrus反演与COMSOL正向模拟的预测系统。研究流程如下：首先通过Hydrus反演拟合实验数据获取特征参数；随后建立COMSOL模型并耦合特征参数，定量预测不同场景中PFOA的时空演化差异。

PFOA transport behavior difference in soil columns with different width fractures

在含不同宽度裂隙的饱和土壤介质中，PFOA的迁移行为及模型参数如图S1和表1所示。结果表明，随裂隙宽度增加，PFOA穿透曲线左移。10毫米裂隙中PFOA的穿透与洗脱最快，4毫米裂隙中速率中等，2毫米裂隙中最慢。与2毫米和4毫米裂隙相比，10毫米裂隙的污染通量呈指数级增长（增幅34.5%至706%），凸显裂隙作为污染物高速通道的显著效应。

Conclusion

本研究通过整合Hydrus反演与COMSOL正向模拟，构建了耦合反应过程的多过程模型，定量揭示了PFOA在复杂裂隙与生物-矿物高活性反应介质中的时空演化差异。结果表明，裂隙显著加速土壤中PFOA的迁移，为污染扩散提供快速通道。当裂隙宽度从2毫米增至10毫米时，污染通量呈指数增长。此外，微生物-Fe_xS_y交互作用（矿物吸附-还原富集与微生物降解协同）使污染通量较对照组、单微生物或单矿物体系降低40%至75%。在HCO₃^-型地下水中的污染通量更是NO₃^-型地下水的2.77倍。这些发现对预测裂隙宽度、地下水类型及动态条件对Bio-PRBs性能的影响具有重要指导意义，并为异质场地的反应性修复设计提供理论依据与参数支持。