Efficiency of diesel-contaminated soil washing with different Tween 80 surfactant concentrations, pH, and bentonite ratios

Abstract

Diesel contaminated soil is a hazard to environment and humans, so it needs to be remediated. Tween 80 (TW80, also called polysorbate 80) enhanced soil washing is an effective method to wash out diesel from contaminated soil. In this study, 0%, 0.01%, 0.1%, 0.5%, 1%, and 1.5% (v/v) TW80 concentration ([TW80]) of washing solution; 0%, 5%, and 15% (w/w) bentonite ratio in soil; and pH 4, 5.5, 7, 8.5, and 10 of washing solution were selected as the conditions for experiments. Their changes on the washing efficiencies were analyzed in batch tests. The samples from the experiments were physically and chemically characterized by particle size, ζ(zeta) potential, cation exchange capacity (CEC), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis. The 1.5% [TW80] solution showed the highest washing efficiency when the bentonite content was 5% or 15%. Diesel in soils with 5% and 15% bentonite was not easily washed away due to the adsorption sites provided by bentonite. Extracted n-alkanes analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) showed that, alkanes with carbon number 20 (in even number) accounted for the highest percentage in the remaining diesel for the soil samples after washing. At 15% bentonite soil, the diesel removal efficiency of washing with 0.1% [TW80] was even lower than washing directly with water due to adsorption. The carbon content from the SEM-EDS results showed the changes of residual diesel and TW80 in soil before and after washing. The mechanism of washing effect was investigated by CEC and ζ potential measurements. This study may be helpful in selecting appropriate conditions to improve the washing efficiency in future field applications.|디젤로 오염된 토양은 환경과 인체에 유해하므로 반드시 개선해야 한다. TW80 (Tween 80, 폴리소르베이트 80이라고도 함) 강화 토양 세척은 오염된 토양에서 디젤을 씻어내는 데 효과적인 방법이다. 본 연구에서는 세척액의 TW80 농도 0%, 0.01%, 0.1%, 0.5%, 1%, 1.5%(v/v), 토양 내 벤토나이트 비율 0%, 5%, 15%(w/w), 세척액의 pH 4, 5.5, 7, 8.5, 10을 실험 조건으로 선정하여 실험을 진행했다. 세척 효율에 대한 변화는 배치 테스트를 통해 분석했다. 실험에서 얻은 샘플은 입자 크기, ζ(제타) 전위, 양이온 교환 용량(CEC), 주사 전자 현미경(SEM) 및 에너지 분산 X선 분광법(EDS)을 통해 물리적 및 화학적으로 특성을 분석했다. 벤토나이트 함량이 5% 또는 15%일 때 1.5% [TW80] 세척액이 가장 높은 세척 효율을 보였다. 벤토나이트가 5% 및 15% 함유된 토양의 경우에는 벤토나이트가 제공하는 흡착 부위로 인해 쉽게 씻겨 나가지 않았다. 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)으로 분석한 추출된 n-알칸은 탄소 수 20(짝수 중)의 알칸이 세척 후 토양 샘플에 잔류 디젤에서 가장 높은 비율을 차지한다는 것을 보여주었다. 15% 벤토나이트 토양에서 0.1%[TW80]로 세척할 경우 흡착으로 인해 물로 직접 세척하는 것보다 디젤 제거 효율이 오히려 더 낮았다. 세정 전후의 토양 내 잔류 디젤와 TW80의 탄소 함량 변화는 SEM-EDS 결과를 통해 확인할 수 있다. 세척 효과의 과정은 CEC 및 ζ 전위 측정을 통해 설명했다. 본 연구는 향후 현장 적용 시 세척 효율을 향상시킬 수 있는 적절한 조건을 선정하는 데 도움이 될 수 있다.