A Mathematical Model for the Release, Transport, and Retention of Per‐ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in the Vadose Zone

包气带 地下水 土壤水分 环境科学 吸附 环境修复 环境化学 排水 水文学(农业) 土壤科学 污染 化学 地质学 岩土工程 生态学 生物 有机化学
作者
Bo Guo,Jicai Zeng,Mark L. Brusseau
出处
期刊:Water Resources Research [Wiley]
卷期号:56 (2) 被引量:183
标识
DOI:10.1029/2019wr026667
摘要

Abstract Per‐ and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are emerging contaminants of critical concern. As surfactants, PFAS tend to accumulate at air‐water interfaces and may stay in the vadose zone for long times before contaminating groundwater. Yet not well understood, the extent of retention in the vadose zone has critical implications for risk management and remediation strategies. We present the first mathematical model that accounts for surfactant‐induced flow and solid‐phase and air‐water interfacial adsorption. We apply the model to simulate PFOS (a PFAS compound of primary concern) transport in the vadose zone at a model fire‐training area site impacted by aqueous film‐forming foam (AFFF). Air‐water interfacial adsorption is shown to have a significant impact—amplified by the low water content due to gravity drainage—total retardation factors range from 233 to 1,355 for the sand and 146 to 792 for the soil used in the study. The simulations illustrate it can take several decades or longer for PFOS to reach groundwater. Counterintuitively, the lower water content in the sand—due to stronger drainage and weaker capillary retention—leads to retardation factors greater than for the soil. Also, most PFOS is adsorbed at air‐water interfaces with only 1–2% in the aqueous phase. The implications include (1) fine‐texture materials could have lower retardation factors than sand due to higher retained water content, (2) soil PFAS concentrations are likely to be orders of magnitude higher than those in groundwater at source zones. Both implications are consistent with recent field observations at hundreds of AFFF‐impacted sites.
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