assessment of the effects of concentration and temperature of 3-mercaptopropionic acid on remediation of mercury and chromium, from contaminated soil using soil washing technique (case study: tehran oil refinery site (tor))

[ ' i n t r o d u c t i o n t h e e x p a n d i n g p r o d u c t i o n o f f u e l s ' , ' d r u g s ' , ' f e r t i l i z e r s ' , ' c h e m i c a l s ' , ' a n d h a z a r d o u s m a t e r i a l s h a s c a u s e d c o n s i d e r a b l e e n v i r o n m e n t a l c o n t a m i n a t i o n s . t h e c o n t a m i n a t i o n o f s o i l a n d g r o u n d w a t e r w i t h p e t r o l e u m h y d r o c a r b o n ' , ' b a s e d f u e l s a s a r e s u l t o f a c c i d e n t a l s p i l l s o r i m p r o p e r s t o r a g e h a s b e e n r e p o r t e d f r e q u e n t l y . i r a n i s s e r i o u s l y f a c i n g s o i l c o n t a m i n a t i o n p r o b l e m ' , ' d u e t o o w n i n g 8 . 5 8 % o f t h e g l o b a l o i l f i e l d s ; g e n e r a t i n g 3 5 m i l l i o n t o n s o f p e t r o c h e m i c a l p r o d u c t s ; a n d h a v i n g m o r e t h a n 2 0 0 0 0 k m o f p i p e l i n e s . t h e e x t r a c t i o n o f 1 k g o f c r u d e o i l u s u a l l y g e n e r a t e s 1 0 – 2 0 g o f w a s t e r e s i d u e s p e t r o l e u m r e f i n e r i e s a r e b u r d e n e d w i t h t h e p r o b l e m o f h a n d l i n g l a r g e s l u d g e q u a n t i t i e s . i t i s e s t i m a t e d t h a t m o r e t h a n 2 8 ' , ' 0 0 0 t o n s o f p e t r o l e u m o i l y s l u d g e a r e b e i n g g e n e r a t e d e a c h y e a r f r o m e a c h p e t r o l e u m r e f i n e r y . t h i s o i l y s l u d g e i s r e c o g n i z e d a s h a z a r d o u s w a s t e u n d e r t h e r e s o u r c e c o n s e r v a t i o n a n d r e c o v e r y a c t ( r c r a ) . s i n c e t h e e a r l y 1 9 7 0 s l e a k s f r o m e v a p o r a t i o n p o n d s ' , ' s t o r a g e t a n k s a n d u n d e r ' , ' g r o u n d p i p e l i n e s a t t h e t e h r a n o i l r e f i n e r y ( t o r ) ' , ' w h i c h i s l o c a t e d i n t h e s h a h r e ' , ' r a y d i s t r i c t ' , ' s o u t h o f t e h r a n ' , ' i r a n ' , ' w e r e t h e m a j o r s o u r c e s o f s o i l a n d g r o u n d w a t e r p o l l u t i o n i n t h e a r e a . f o r m a n y y e a r s ' , ' w a s t e s c o n t a m i n a t e d w i t h c h r o m i u m a n d m e r c u r y f r o m t h e t o r s i t e h a v e c o n t a m i n a t e d t h e a r e a ' , ' t h u s c a u s i n g t h e p o l l u t i o n o f s o i l ' , ' a i r a n d g r o u n d w a t e r i n t h e r e g i o n . h e a v y m e t a l s h a v e t o x i c c h a r a c t e r i s t i c s ' , ' a n d d u e t o t h e i r n o n ' , ' d e g r a d a b i l i t y a n d p e r s i s t e n c y ' , ' t h e y i m p o s e a d v e r s e e f f e c t s o n h u m a n s a n d e c o s y s t e m s . t h e c o m p r e h e n s i v e e n v i r o n m e n t a l r e s p o n s e ' , ' c o m p e n s a t i o n ' , ' a n d l i a b i l i t y a c t ( c e r c l a ) c o n s i d e r m e r c u r y a n d c h r o m i u m a m o n g t h e 1 0 0 m o s t d a n g e r o u s t o x i c s u b s t a n c e s . f u r t h e r m o r e ' , ' t h e t o x i c i t y c h a r a c t e r i s t i c l e a c h i n g p r o c e d u r e ( t c l p ) l i s t s t h e s e m e t a l s a s t o x i c m e t a l s ' , ' w h i l e t h e i r c o n c e n t r a t i o n i n s o i l l e a c h a t e s s h o u l d n o t e x c e e d 0 . 2 a n d 5 p p m ' , ' r e s p e c t i v e l y . c h r o m i u m i s a l s o t h e 2 1 s t m o s t a b u n d a n t e l e m e n t i n t h e e a r t h ’ s c r u s t w i t h a n a v e r a g e c o n c e n t r a t i o n o f 1 0 0 p p m . c h r o m i u m d a m a g e s t h e k i d n e y s t h e l i v e r a n d b l o o d c e l l s t h r o u g h o x i d a t i o n r e a c t i o n s w h e n r e a c h e s t h e b l o o d s t r e a m . c o n t a c t w i t h p r o d u c t s c o n t a i n i n g c h r o m a t e s c a n l e a d t o a l l e r g i c c o n t a c t d e r m a t i t i s a n d i r r i t a n t d e r m a t i t i s ' , ' r e s u l t i n g i n u l c e r a t i o n o f t h e s k i n . i n a d d i t i o n t o t h e s e s o r t s o f e f f e c t s ' , ' t h e c a r c i n o g e n i c i t y o f c h r o m a t e d u s t h a s b e e n p r o v e d s i n c e 1 9 8 0 w h e n t h e f i r s t p u b l i c a t i o n d e s c r i b e d t h e i n c r e a s i n g c a n c e r r i s k o f w o r k e r s i n a c h r o m a t e d y e c o m p a n y . m e r c u r y ( h g ) i s a s i l v e r y l i q u i d m e t a l . t h e p r i m a r y s o u r c e o f h g i s a s u l f i d e o r e c a l l e d c i n n a b a r ( h g s ) . a l t h o u g h h g u s u a l l y o b t a i n e d a s t h e b y ' , ' p r o d u c t o f p r o c e s s i n g c o m p l e x o r e s w h i c h c o n t a i n s m i x e d s u l f i d e s ' , ' c h l o r i d e ' , ' o x i d e s a n d m i n e r a l s ' , ' i t c o u l d o c c u r a s t h e p r i n c i p a l o r e p r o d u c t . m e r c u r y c a n b e a b s o r b e d t h r o u g h t h e s k i n a n d m u c o u s m e m b r a n e s . m e r c u r y v a p o r s c a n a l s o b e i n h a l e d . a c c o r d i n g l y ' , ' c o n t a i n e r s o f m e r c u r y a r e e x t r e m e l y s e a l e d t o a v o i d a n y s p i l l a n d e v a p o r a t i o n . i n o r d e r t o a v o i d e x p o s u r e t o m e r c u r y v a p o r ' , ' h e a t i n g o f m e r c u r y o r d e c o m p o s a b l e c o m p o u n d s o f i t i s a l w a y s c a r r i e d o u t w i t h a d e q u a t e v e n t i l a t i o n . s o i l w a s h i n g i s a c o m b i n a t i o n o f u s i n g l i q u i d s ( u s u a l l y w a t e r ' , ' o c c a s i o n a l l y c o m b i n e d w i t h s o l v e n t s ) a n d m e c h a n i c a l p r o c e s s e s t o s c r u b s o i l s . “ s o l v e n t s a r e s e l e c t e d o n t h e b a s i s o f t h e i r a b i l i t y t o s o l u b i l i z e s p e c i f i c c o n t a m i n a n t s ' , ' a n d o n t h e i r e n v i r o n m e n t a l a n d h e a l t h e f f e c t s . ” t h e s o i l w a s h i n g p r o c e s s s e p a r a t e s f i n e s o i l ( c l a y ' , ' s i l t ' , ' e t c ) f r o m c o a r s e s o i l ( s a n d a n d g r a v e l ) . s i n c e h y d r o c a r b o n c o n t a m i n a n t s t e n d t o b i n d t o f i n e s o i l p a r t i c l e s ( m a i n l y c l a y a n d s i l t ) ' , ' s e p a r a t i n g t h e s m a l l e r p a r t i c l e s f r o m t h e l a r g e r o n e s d e c r e a s e s t h e v o l u m e o f c o n t a m i n a t e d s o i l . t h e s m a l l e r v o l u m e o f s o i l ' , ' w h i c h c o n t a i n s t h e m a j o r i t y o f c l a y a n d s i l t p a r t i c l e s ' , ' c a n b e f u r t h e r t r e a t e d b y o t h e r m e t h o d s ' , ' s u c h a s i n c i n e r a t i o n o r b i o r e m e d i a t i o n ' , ' o r d i s p o s e d i n a c c o r d i n g t o f e d e r a l r e g u l a t i o n s . t h e c l e a n ' , ' c o n s i d e r a b l e v o l u m e o f s o i l i s s e e m e d t o b e n o n ' , ' t o x i c a n d c a n b e u s e d a s b a c k f i l l . g e n e r a l l y ' , ' s e m i ' , ' v o l a t i l e o r g a n i c c o m p o u n d s ( s v o c s ) ' , ' p e t r o l e u m a n d f u e l r e s i d u a l s ' , ' h e a v y m e t a l s ' , ' p c b s ' , ' p a h s ' , ' a n d p e s t i c i d e s a r e t h e t a r g e t c o n t a m i n a n t g r o u p s f o r s o i l w a s h i n g . t h i s t e c h n o l o g y l e t s t h e r e c o v e r y o f m e t a l s a n d i t c a n p u r i f y a w i d e r a n g e o f o r g a n i c a n d i n o r g a n i c c o n t a m i n a n t s f r o m c o a r s e ' , ' g r a i n e d s o i l s . b e c a u s e o f r e d u c i n g t h e q u a n t i t y o f m a t e r i a l w h i c h w o u l d r e q u i r e f u r t h e r t r e a t m e n t ' , ' s o i l w a s h i n g i s c o s t ' , ' e f f e c t i v e c o m p a r e t o o t h e r t e c h n o l o g i e s . m a t e r i a l s & m e t h o d s i n t h i s p a p e r ' , 3 , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d r e a g e n t w a s u s e d f o r s o i l w a s h i n g o f t h e s a m p l e s . b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h i s r e a g e n t i s a s f o l l o w s : • 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d ( m p a ) ' , ' h s c h 2 c h 2 c o o h ' , ' i s u s e d i n a v a r i e t y o f a p p l i c a t i o n s . t h e m p a i t s e l f i s u s e d a s c o c a t a l y s t i n t h e m a n u f a c t u r e o f b i s p h e n o l a ' , ' w h i c h i s a k e y r a w m a t e r i a l i n p o l y c a r b o n a t e p r o d u c t i o n . m p a e n h a n c e s t h e p r o c e s s e f f i c i e n c y . r e a g e n t s p r e p a r a t i o n a 2 5 0 ' , ' m l s o l u t i o n o f 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d w i t h t h e c o n c e n t r a t i o n o f 1 . 2 2 k g / l w a s p r e p a r e d i n t h e l a b o r a t o r y f o r t e s t i n g o f t h e s a m p l e s . t h i s s o l u t i o n w a s u s e d a s t h e m a i n w a s h i n g r e a g e n t t o e v a l u a t e t h e c o n t a m i n a n t s r e m o v a l e f f i c i e n c y u n d e r v a r i o u s t e m p e r a t u r e a n d c o n c e n t r a t i o n c o n d i t i o n s . w a s h i n g p r o c e d u r e t w e n t y g r a m s o f c o n t a m i n a t e d s o i l w e r e p l a c e d i n a 6 0 0 ' , ' m l b e a k e r a n d 4 0 0 m l o f r e a g e n t s s o l u t i o n w e r e a d d e d t o t h e s a m p l e ( 1 ' , ' 2 0 i s t c l p r a t i o ) . t h e s o i l w a s m i x e d w i t h t h e d e s i g n a t e d w a s h i n g s o l u t i o n u s i n g j a r t e s t e q u i p m e n t f o r 4 h o u r s a t t h e r o t a t i o n a l r a t e o f 2 5 0 r p m . t e m p e r a t u r e e f f e c t s t o o b t a i n t h e e f f e c t s o f t e m p e r a t u r e o n c o n t a m i n a n t s r e m o v a l e f f i c i e n c i e s ' , ' t h r e e w a s h i n g s o l u t i o n s w e r e m a d e a t 2 5 ' , ' 3 5 a n d 4 5 ° c ( r e s p e c t i v e l y n a m e d t 1 ' , ' t 2 ' , ' a n d t 3 ) . t o m a i n t a i n t h e d e s i r e d t e s t i n g t e m p e r a t u r e s ' , ' t h e s a m p l e s w e r e k e p t i n d i f f e r e n t w a t e r b a t h s d u r i n g t h e w a s h i n g p r o c e d u r e . c o n c e n t r a t i o n e f f e c t s t o e v a l u a t e e f f e c t s o f s o l u t i o n s c o n c e n t r a t i o n o n t h e s o i l w a s h i n g e f f i c i e n c y 4 d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o f 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d s o l u t i o n s ( 0 . 0 5 ' , ' 0 . 1 ' , ' 0 . 1 5 a n d 0 . 2 n o r m a l ) w e r e p r e p a r e d . e x t r a c t i o n m e t h o d u . s . e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n a g e n c y ( u . s . e p a ) m e t h o d 3 0 5 0 b w a s a p p l i e d t o d i g e s t s o i l s a m p l e s f o r i c m ' , ' m s t e s t s . t h i s m e t h o d h a s b e e n w r i t t e n t o p r o v i d e t w o s e p a r a t e d i g e s t i o n p r o c e d u r e s ' , ' o n e f o r t h e p r e p a r a t i o n o f s e d i m e n t s ' , ' s l u d g e ' , ' a n d s o i l s a m p l e s f o r a n a l y s i s b y f l a m e a t o m i c a b s o r p t i o n s p e c t r o m e t r y ( f l a a ) o r i n d u c t i v e l y c o u p l e d p l a s m a a t o m i c e m i s s i o n s p e c t r o m e t r y ( i c p ' , ' a e s ) a n d o n e f o r t h e p r e p a r a t i o n o f s e d i m e n t s ' , ' s l u d g e ' , ' a n d s o i l s a m p l e s f o r a n a l y s i s o f s a m p l e s b y g r a p h i t e f u r n a c e a a ( g f a a ) o r i n d u c t i v e l y c o u p l e d p l a s m a m a s s s p e c t r o m e t r y ( i c p ' , ' m s ) . t h e a v e r a g e v a l u e s o f 1 5 5 . 7 a n d 2 7 . 2 p p m ' , ' r e s p e c t i v e l y w e r e u s e d a s t h e c o n c e n t r a t i o n s o f c h r o m i u m a n d m e r c u r y i n r a w s o i l s a m p l e s o f t e h r a n o i l r e f i n e r y c o n t a m i n a t e d s i t e t h r o u g h o u t t h i s p a p e r . d i s c u s s i o n o f r e s u l t s e f f e c t s o f s o l u t i o n s c o n c e n t r a t i o n o n m e r c u r y r e m o v a l e f f i c i e n c y t h e r e m o v a l e f f i c i e n c i e s o f t h e c o n t a m i n a n t s w e r e 6 7 . 8 8 ' , ' 7 3 . 3 9 ' , ' 8 1 . 5 7 ' , ' a n d 8 4 . 5 3 % a t 0 . 0 5 ' , ' 0 . 1 5 ' , ' 0 . 1 a n d 0 . 2 n c o n c e n t r a t i o n s o f 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d s o l u t i o n ' , ' r e s p e c t i v e l y . e f f e c t s o f s o l u t i o n s t e m p e r a t u r e o n m e r c u r y r e m o v a l e f f i c i e n c y b y u s i n g 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d i n 4 d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s ( 0 . 0 5 ' , ' 0 . 1 ' , ' 0 . 1 5 a n d 0 . 2 n ) t h e r e m o v a l e f f i c i e n c i e s o f m e r c u r y w e r e m e a s u r e d t o b e 7 1 . 3 1 ' , ' 7 9 . 1 2 ' , ' 8 4 . 9 4 ' , ' a n d 8 6 . 9 8 % a t 3 5 ° c a n d t o b e 7 5 . 1 5 ' , ' 8 3 . 4 4 ' , ' 8 6 . 7 9 ' , ' a n d 8 7 . 9 0 % a t 4 5 ° c ' , ' r e s p e c t i v e l y . e f f e c t s o f s o l u t i o n s c o n c e n t r a t i o n o n c h r o m i u m r e m o v a l e f f i c i e n c y t h e a v e r a g e a m o u n t s o f c h r o m i u m r e m o v a l s c o r r e s p o n d i n g t o 0 . 0 5 n a n d 0 . 2 m 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d s o l u t i o n s a t 2 5 ° c w e r e i n t h e o r d e r o f 5 1 . 3 7 % ' , ' a n d 6 3 . 4 5 % ' , ' r e s p e c t i v e l y . e f f e c t s o f s o l u t i o n s t e m p e r a t u r e o n c h r o m i u m r e m o v a l e f f i c i e n c y b y u s i n g 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d i n 4 d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s ( 0 . 0 5 ' , ' 0 . 1 ' , ' 0 . 1 5 a n d 0 . 2 n ) t h e r e m o v a l e f f i c i e n c i e s o f c h r o m i u m w e r e r e p o r t e d t o b e 5 2 . 3 5 ' , ' 5 3 . 9 8 ' , ' 5 7 . 8 9 ' , ' a n d 6 7 . 6 3 % a t 3 5 ° c a n d t o b e 5 5 . 1 1 ' , ' 5 7 . 8 9 ' , ' 6 2 . 7 6 ' , ' a n d 7 5 . 2 1 % a t 4 5 ° c ' , ' r e s p e c t i v e l y . c o n c l u s i o n s t h e o u t c o m e s i l l u s t r a t e t h a t t h e h i g h e s t m e r c u r y a n d c h r o m i u m r e m o v a l e f f i c i e n c i e s f r o m t h e s l u d g e s a m p l e s a c h i e v e d b y u s i n g 0 . 2 n 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d s o l u t i o n a t 4 5 ° c ( 8 7 . 9 0 % a n d 7 5 . 2 1 % r e s p e c t i v e l y ) f u r t h e r m o r e ' , ' b y u s i n g 0 . 2 n 3 ' , ' m e r c a p t o p r o p i o n i c a c i d s o l u t i o n a t 2 5 ° c ' , ' % 8 4 . 5 3 o f m e r c u r y a n d % 6 3 . 4 5 o f c h r o m i u m w e r e e x t r a c t e d . ' ]