微藻-细菌颗粒体系中CO2驱动不对称选择促进废水处理与碳固定的生态机制研究

本研究针对PFAS（全氟和多氟烷基物质）在包气带中的复杂滞留与迁移机制，通过整合现场监测数据与多过程耦合数学模型，首次实现了对AFFF（水成膜泡沫灭火剂）污染场地中PFOS/PFOA等物质的长周期淋溶模拟。研究发现空气-水界面吸附(AWIA)和速率限制性解吸是控制PFAS迁移的关键因素，为污染场地风险评估和修复策略制定提供了量化工具。

　　

随着工业化进程加速，全氟和多氟烷基物质(PFAS)这类"永久性化学物质"的环境残留问题日益严峻。自1950年代广泛用于消防泡沫、防水涂料等产品以来，PFAS已在地下环境形成长达数十年的污染羽流。特别值得关注的是，作为地下水保护屏障的包气带(vadose zone)被发现能通过固-水界面(SWI)和空气-水界面(AWIA)的复杂吸附作用大量截留PFAS，成为持续污染地下水的"化学定时炸弹"。美国环保署(US EPA)2024年新颁布的饮用水标准使得准确量化PFAS从包气带向地下水的迁移通量成为环境工程领域的迫切需求。

亚利桑那大学(University of Arizona)的研究团队创新性地将现场监测数据与多过程耦合数学模型相结合，对东北部某AFFF污染场地展开研究。通过2个月的孔隙水浓度动态监测和40年尺度数值模拟，首次揭示了不同链长PFAS在包气带中的差异化迁移规律。相关成果发表在环境领域顶级期刊《Water Research》上。

研究采用三项关键技术：1) 基于现场土壤水分探头和吸力式渗漏计(suction lysimeter)的多参数同步监测；2) 整合AWIA动力学和速率限制性解吸(rate-limited desorption)的HYDRUS模型；3) 考虑前体物转化(precursor transformation)的长期情景模拟。样本来源于历史受AFFF污染的现场原状土。

【Calibration and evaluation of soil hydraulic parameters】

通过校准土壤水力参数，模型成功复现了不同深度土壤含水量动态变化。虽然100cm深处在强降雨期间出现偏差，但整体纳什效率系数>0.75，证实模型能可靠模拟水分运移。

【Discussion】

关键发现表明：短链PFBS的迁移速度比PFOS快3个数量级，这归因于C₄-C₈链长差异导致的AWIA亲和力变化；PFOS在40年模拟中仅下移30cm，证实其强滞留特性；忽略解吸动力学会使PFOA淋溶通量高估60%。

【Conclusions】

该研究建立了首个经现场数据验证的PFAS包气带运移模型，揭示AWIA是控制长链PFAS滞留的主导机制。创新性提出孔隙水监测数据反演界面面积的方法，为污染场地风险评估提供了新范式。研究强调未来调查需重点获取：1) 解吸动力学参数；2) 前体物转化速率；3) 场地特异性入渗率，这些参数将显著影响修复时间尺度的预测精度。

值得注意的是，模型对PFHxS的预测偏差暗示当前对磺酸类PFAS的吸附机制认知仍存在空白。Schaefer等学者在配套研究中发现的"不可逆吸附相"现象，或将成为后续模型改进的重要方向。这项工作为制定基于风险的PFAS管理策略提供了量化工具，尤其对消防训练场等典型污染场地的修复方案设计具有直接指导价值。