受污染的消防训练区域中全氟和多氟烷基物质（PFAS）渗出性的现场测量与建模——降雨作用下的整体场地响应

混凝土和沥青路面中PFAS的历史污染导致长期排放问题，本研究通过11个月监测发现，PFOS占比最高（40-60%），年排放量75-380 mg/y，模型预测自然释放需数百年，建议主动修复措施。

　　
该研究针对澳大利亚某消防训练场（FTA）混凝土和沥青路面中全氟和多氟烷基物质（PFAS）的长期释放问题展开系统调查。研究历时335天，采集了超过230份径流样本，检测32种PFAS化合物，结合水文监测与数值模型，揭示了PFAS在复杂环境中的迁移规律及污染持续时间。

**研究背景与意义**
随着全球对持久性有机污染物的关注提升，基础设施中历史积累的PFAS污染问题备受重视。混凝土和沥青路面因长期接触 aqueous film-forming foams（AFFF）而成为潜在污染源，但相关释放机制及持续时间尚不明确。本研究通过实地监测与数值模拟，量化了PFAS在降雨径流中的释放量，并评估了自然衰减的潜力，为污染治理决策提供依据。

**核心发现**
1. **污染特征**
- PFOS占比达40%-60%，PFHxS、6:2 FTS和PFHxA各占3%-20%，显示典型AFFF污染特征。
- even after long dry periods, PFAS profiles remained unchanged，表明污染物在混凝土中的赋存状态稳定。
- PFAS浓度与径流量呈负相关，高流量时稀释效应显著，而低流量时释放量更接近背景值。

2. **排放量评估**
- 年均总PFAS排放量75-380 mg，其中PFOS（占比60%-61%）贡献最大。
- 单位面积年排放量约0.067-0.339 mg/m2，折算为混凝土部分贡献量15-74 mg/年。

3. **自然衰减潜力**
- 基于混凝土中总PFAS含量（27±17 g）和实测排放速率，自然衰减需约360-1800年才能耗尽当前污染负荷。
- 模拟显示，即便在理想扩散条件下，混凝土表面PFAS浓度需200年左右才能趋近于零。

**技术创新与挑战**
研究采用混合方法：
- **现场监测**：部署自动采样系统，结合雨量计与流速仪，捕捉多场次降雨事件中的动态变化。
- **模型构建**：基于一维扩散方程，整合水力条件与物质迁移机制，考虑了混凝土孔隙结构、扩散系数（1×10?11 m2/s）及表面边界条件。
- **验证对比**：模型预测的PFAS释放速率与实测数据高度吻合（R2>0.99），验证了方法的有效性。

**关键争议与启示**
1. **浓度稳定性悖论**
尽管降雨事件中流量和浓度存在显著相关性，但PFAS组分比例在多次监测中保持稳定。这一现象可能源于混凝土中PFAS的均质分布及多相迁移机制，而非简单的吸附-解吸过程。

2. **管理策略优化**
研究表明，自然释放速率无法在可预见的未来（如百年尺度）显著降低污染风险。即使在高流量稀释条件下，PFAS仍能维持有效浓度（>1 μg/L），需通过主动干预（如密封处理、吸附材料铺设或雨水回用系统）控制排放。

3. **模型局限性**
当前模型未充分考虑以下因素：
- 混凝土孔隙结构（纳米-微米级通道）对扩散的调制作用
- 水分蒸发导致的浓度浓缩效应
- 气候变化背景下极端降雨事件频率增加的影响
- PFAS自组装行为（如micelle化）改变其迁移特性

**应用价值**
研究成果为以下决策提供科学支撑：
- **优先级排序**：识别PFOS等长链物质的高贡献率，需优先处理
- **工程干预设计**：针对混凝土表面扩散速率（k_f=0.0164 Re?.?? Sc1/3）提出优化方案
- **长期监测必要性**：单一年度数据不足以准确预测百年尺度排放，需建立动态模型库

**延伸讨论**
对比现有研究：
- 与Thai团队实验室模拟（高流速下PFOS首 flush效应）不同，本项田间研究未观测到显著首 flush现象，可能因混凝土中污染物分布更均匀
- 模型预测的200年衰减期与Srivastava等（2024）核心样本模拟结果（15年累积释放400 mg/m2）存在量级差异，提示需结合现场孔隙结构参数优化模型

**结论**
消防训练场等历史受污染的混凝土路面，其PFAS释放具有长期持续性特征。建议采取以下管理措施：
1. 建立基于水文周期（雨季/旱季）的分级管控体系
2. 优先对高流量区域（如排水沟）实施表面改性处理
3. 开发考虑多尺度传输（孔隙-界面-宏观流）的动态模型
4. 制定基于排放通量（>1 μg/L）而非单一浓度的污染标准

本研究为基础设施污染治理提供了重要方法论参考，其混合观测-建模框架可扩展至其他含氟化合物污染场地评估，对全球PFAS污染治理具有普适价值。