Исследователи работают над улучшением и упрощением моделей распространения PFAS в грунте

По мере того как все больше сообществ вынуждены сталкиваться с загрязнением грунтовых вод веществами PFAS, ключевым препятствием в решении этой проблемы является понимание того, как эти вредные химикаты перемещаются в ненасыщенной зоне — сложной смеси почвы, горных пород и воды между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. Новое исследование ученых из Университета Висконсин-Мэдисон предлагает упрощенный новый способ понимания этого движения.

PFAS — это аббревиатура для пер- и полифторалкильных веществ. Эти синтетические химикаты десятилетиями использовались в продуктах от антипригарной посуды до противопожарной пены. Некоторые из них связаны с рисками для здоровья и могут сохраняться в окружающей среде неограниченно долго. Моделирование их потока через ненасыщенную (вадозную) зону критически важно, потому что химикаты могут задерживаться там на годы или десятилетия, медленно просачиваясь в водоносные горизонты, которые многие общины используют для питьевого водоснабжения.

Сложность ненасыщенной зоны и молекулярная структура самих PFAS делают эту работу серьезным вызовом. «Ненасыщенная зона действительно сложна, потому что там есть воздух, частицы грунта и вода, и все это постоянно движется», — говорит ведущий автор исследования, аспирант Уилл Гнезда. Особую сложность PFAS добавляет то, что их молекулы притягиваются к границе раздела воздуха и воды, которой в ненасыщенной зоне очень много.

Традиционное моделирование движения PFAS через эту зону требовало множества допущений и огромных вычислительных мощностей. Гнезда и его коллеги из лаборатории профессора Кристофера Захаски стремятся улучшить и упростить эту работу. В результате серии лабораторных наблюдений и расчетов они разработали упрощенную теоретическую основу, которая обещает сократить требуемые вычислительную мощность и время для моделирования. Этот подход можно адаптировать к конкретным участкам, что важно для его практического применения коммунальными службами и экологами-консультантами.

Исследователи применили свою модель к реальному участку недалеко от города Райнлендер (Висконсин), где в 2019 году в двух муниципальных скважинах было обнаружено загрязнение PFAS. Они выявили, что на удержание вредных PFAS в грунте до их попадания в водоносный горизонт существенно влияют несколько факторов: количество и расположение органического углерода в породах, количество гравийного песка и пористость почв и горных пород.

Исследование, опубликованное в журнале Environmental Science & Technology, указывает на путь к более доступному подходу для моделирования, однако для его доработки и проверки необходимы дальнейшие анализы. Сейчас Гнезда и его коллеги в лаборатории UW–Madison работают над новым совместным проектом, отслеживая движение молекул PFAS через смоделированную ненасыщенную зону и водоносный горизонт. «Мы посмотрим, насколько хорошо наша теория соотносится с лабораторными данными», — говорит Гнезда, ожидая, что эксперименты позволят усовершенствовать модель для её применения в большем числе реальных сценариев.