Analysis of the adsorption capacity of glyphosate in German railway systems

Abstract

Glyphosate is a widely used herbicide globally and has been extensively employed for weed control in railway systems over several decades. The inherent low organic matter content and runoff capacity of these systems pose a risk of glyphosate runoff, ultimately reaching nearby aquatic bodies. This investigation focuses on studying the adsorption capacity of glyphosate in railway systems by analyzing four different soils by kinetic and isotherm tests. Batch experiments were conducted using glyphosate solutions with a concentration of 8 mg/L, and soils with particle sizes below 2 mm were examined. The adsorption kinetics of glyphosate in KG1.1 soil demonstrated a better fit to the pseudo second model, with equilibrium reached in 24 hours in 0.1 M KCl and 48 hours in artificial rainwater. Adsorption isotherm results were evaluated using the Langmuir and Freundlich models. The Langmuir model exhibited a better fit for the KG1.1 soil, revealing a modeled adsorption capacity of 0.25 mg/g. In contrast, the Freundlich model yielded better results for the fine material from the ballast, indicating a modeled adsorption capacity of 0.25 mg/g. The KG1.2 and KG2 soils exhibited poor fits to both models, with experimental adsorption capacities of 0.14 mg/g and 0.06 mg/g, respectively. The influence of pH on the adsorption process was investigated, highlighting that optimal adsorption conditions occur at pH 4. The effect of temperature on the adsorption capacity was analyzed, where no statistically significant effect was observed. The analysis of adsorption capacity in rail systems indicates a relatively low to moderate adsorption capacity of glyphosate. In order to better assess the risks associated with glyphosate presence in nearby aquifers, it is recommended to accurately determine the chemical and biological composition of soils (e.g., SOM, TOC, metals content) from railroads and to study the transportation dynamics of glyphosate in these systems by conducting column tests and modelling.

El glifosato es un herbicida altamente utilizado en todo el mundo, el cual se ha empleado ampliamente para el control de las malas hierbas en los sistemas ferroviarios durante varias décadas. El bajo contenido en materia orgánica y la capacidad de escorrentía inherentes a estos sistemas suponen un riesgo de escorrentía de glifosato que, en última instancia, alcanza los cuerpos acuáticos cercanos. Esta investigación se centra en el estudio de la capacidad de adsorción del glifosato en sistemas ferroviarios mediante el análisis de cuatro suelos distintos por medio de pruebas de cinética e isotermas de adsorción. Se realizaron experimentos de tipo batch utilizando soluciones de glifosato con una concentración de 8 mg/L, y se examinaron suelos con tamaños de partícula inferiores a 2 mm. La cinética de adsorción del glifosato en el suelo KG1.1 demostró un mejor ajuste al modelo de pseudo segundo orden, alcanzándose el equilibrio en 24 horas en KCl 0.1 M y en 48 horas en agua de lluvia artificial. Los resultados de la isoterma de adsorción se evaluaron utilizando los modelos de Langmuir y Freundlich. El modelo Langmuir mostró un mejor ajuste para el suelo KG1.1, revelando una capacidad de adsorción modelada de 0.25 mg/g. Por el contrario, el modelo Freundlich arrojó mejores resultados para el material fino del lastre, indicando una capacidad de adsorción modelada de 0.25 mg/g. Los suelos KG1.2 y KG2 mostraron un mal ajuste a ambos modelos, con capacidades de adsorción experimentales de 0.14 mg/g y 0.06 mg/g, respectivamente. Se investigó la influencia del pH en el proceso de adsorción, destacando que las condiciones óptimas de adsorción se dan a pH 4. Se analizó el efecto de la temperatura en la capacidad de adsorción, donde no se observó ningún efecto estadísticamente significativo. El análisis de la capacidad de adsorción en sistemas ferroviarios indica una capacidad de adsorción relativamente baja a moderada del glifosato. Para evaluar mejor los riesgos asociados a la presencia de glifosato en los acuíferos cercanos, se recomienda determinar con precisión la composición química y biológica de los suelos (por ejemplo, SOM, TOC, contenido en metales) de los sistemas ferroviarios y estudiar la dinámica de transporte del glifosato en estos sistemas mediante la realización de ensayos en columna y la modelización.