This work focuses on the experimental measurement and mathematical modeling of processes affecting the dissolution of nonaqueous phase liquids (NAPLs) entrapped in sandy porous media. Results of a series of laboratory‐scale one‐dimensional column dissolution experiments indicate that the length of time required to dissolve NAPLs and substantially reduce aqueous phase effluent concentrations is many times greater than predicted by equilibrium calculations. Experimental measurements clearly show an influence of both grain size and grain size distribution on the evolution of effluent concentrations. The longer cleaning times associated with coarse or graded media are attributed to the larger and more amorphous NAPL blobs associated with these media. A general correlation for transient dissolution rates is proposed which incorporates porous medium properties, Reynolds number, and volumetric fraction of NAPL. The model is calibrated with results from styrene dissolution experiments and is shown to adequately predict trichloroethylene dissolution rates in the same sandy media over the period of time required to dissolve the NAPL.

A multiphase approach to the modeling of aquifer contamination by organic compounds is developed. This approach makes it possible to describe the simultaneous transport of a chemical contaminant in three physical forms: as a nonaqueous phase, as a soluble component of an aqueous phase, and as a mobile fraction of a gas phase. The contaminant may be composed of, at most, two distinct components, one of which may be volatile and slightly water soluble and the other of which is both nonvolatile and insoluble in water. Equations which describe this complex system are derived from basic conservation of mass principles by the application of volume averaging techniques and the incorporation of various constitutive relations and approximations. Effects of matrix and fluid compressibilities, gravity, phase composition, interphase mass exchange, capillarity, diffusion, and dispersion are all considered. The resulting mathematical model consists of a system of three nonlinear partial differential equations subject to two equilibrium constraints. These equations relate five unknowns: two capillary pressures and three mass fractions.

Results of an experimental investigation into steady state dissolution of nonaqueous phase liquids (NAPLs) entrapped within water saturated porous media are presented. The influence of porous media characteristics, NAPL type, and aqueous phase velocity on NAPL dissolution rates is explored through evaluation of a series of laboratory column studies. For many of the conditions tested, measured organic solute concentrations in the column effluents were below solubility limits, indicating nonequilibrium conditions. Entrapped NAPL distributions are examined and shown to depend upon porous media grading and mean grain size. Experimental results reveal a dependence of dissolution rate on the distribution pattern of entrapped NAPL, as well as upon aqueous phase velocity. A phenomenological model for the mass transfer process is developed which incorporates grain size parameters as surrogate measures of NAPL distribution. An additional set of column experiments, employing another porous medium and NAPL type, confirm the usefulness of the model as a predictor of steady state mass transfer rates in similar systems.

The environmental fate of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in aqueous film-forming foams (AFFFs) remains largely unknown, especially under the conditions representative of natural subsurface systems. In this study, the biotransformation of 8:2 fluorotelomer alcohol (8:2 FTOH), a component of new-generation AFFF formulations and a byproduct in fluorotelomer-based AFFFs, was investigated under nitrate-, iron-, and sulfate-reducing conditions in microcosms prepared with AFFF-impacted soils. Liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC–MS/MS) and high-resolution mass spectrometry (HRMS) were employed to identify biotransformation products. The biotransformation was much slower under sulfate- and iron-reducing conditions with >60 mol % of initial 8:2 FTOH remaining after ∼400 days compared to a half-life ranging from 12.5 to 36.5 days under nitrate-reducing conditions. Transformation products 8:2 fluorotelomer saturated and unsaturated carboxylic acids (8:2 FTCA and 8:2 FTUA) were detected under all redox conditions, while 7:2 secondary fluorotelomer alcohol (7:2 sFTOH) and perfluorooctanoic acid (PFOA) were only observed as transformation products under nitrate-reducing conditions. In addition, 1H-perfluoroheptane (F(CF2)6CF2H) and 3-F-7:3 acid (F(CF2)7CFHCH2COOH) were identified for the first time during 8:2 FTOH biotransformation. Comprehensive biotransformation pathways for 8:2 FTOH are presented, which highlight the importance of accounting for redox condition and the related microbial community in the assessment of PFAS transformations in natural environments.

Microbial transformation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), including fluorotelomer-derived PFAS, by native microbial communities in the environment has been widely documented. However, few studies have identified the key microorganisms and their roles during the PFAS biotransformation processes. This study was undertaken to gain more insight into the structure and function of soil microbial communities that are relevant to PFAS biotransformation. We collected 16S rRNA gene sequencing data from 8:2 fluorotelomer alcohol and 6:2 fluorotelomer sulfonate biotransformation studies conducted in soil microcosms under various redox conditions. Through co-occurrence network analysis, several genera, including Variovorax, Rhodococcus, and Cupriavidus, were found to likely play important roles in the biotransformation of fluorotelomers. Additionally, a metagenomic prediction approach (PICRUSt2) identified functional genes, including 6-oxocyclohex-1-ene-carbonyl-CoA hydrolase, cyclohexa-1,5-dienecarbonyl-CoA hydratase, and a fluoride-proton antiporter gene, that may be involved in defluorination. This study pioneers the application of these bioinformatics tools in the analysis of PFAS biotransformation-related sequencing data. Our findings serve as a foundational reference for investigating enzymatic mechanisms of microbial defluorination that may facilitate the development of efficient microbial consortia and/or pure microbial strains for PFAS biotransformation.

The environmental fate of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in aqueous film-forming foams (AFFFs), especially those synthesized by electrochemical fluorination (ECF) processes, remains largely unknown. This study evaluated the transformation of AFFF-derived ECF-based precursors in aerobic soil microcosms amended with a historically used AFFF formulation (3M Light Water