Date of Award

4-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Water Resources

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Dr. Ashraf Aly Hassan

Abstract

The global demand for potable quality water has been on a continuous rise. Consequently, water reuse is now considered as an alternative to significantly expand supplies of freshwater in communities facing water shortages. Most of the conventional wastewater treatment plants (WWTP) are not efficient in the removal of emerging contaminants from the water, which will cause serious issues to the environment, human and animal life. This research investigated the possibilities of treating wastewater for reuse. First, the feasibility of utilizing a biofiltration system without pre-treatment for removing emerging contaminants from the WWTP effluent was investigated. Two types of biofilter media- activated carbon (AC) and expanded glass (EG) were explored. Second, a hybrid treatment system, in which an advanced oxidation process (AOP) was provided as the pre-treatment to the biofiltration system. The adopted AOP for this study was UV/TiO2 photocatalysis. The conditions adopted for the biofilters were 15 minutes EBCT with a flow rate of 2.9 mL/min, and for the photocatalysis pretreatment, 1 g/L TiO2 dosage, 60 minutes HRT, and 365 nm UV lamps. Solid-phase extraction was performed for the contaminant extraction from the samples, which were analyzed using gas chromatography-mass spectrometry. It was found that 4 emerging contaminants were detected- dibutyl phthalate (DBP), phenothrin (PHN), malathion (MAL), and 9-aminoacridine (9-AA) at μg/L level only. Activated carbon removed 19.2% of TOC; removals increased to 60.2% when preceded by UV/TiO2 photocatalysis. AC was found to perform better than EG biofilters for TOC, DBP, PHN, and MAL removal in both individual and hybrid systems. EG biofilters showed better removal in both biofiltration-only and hybrid systems for the 9-AA than the AC biofilter and AOP-only systems. Both biofilters demonstrated similar nutrient removal and improved performance by the application of AOP pretreatment. In general, this investigation indicates that the integration of AOPs and biofiltration systems has the potential to address both emerging and conventional pollutants, as well as to facilitate water reuse.

Arabic Abstract


طﺮﯾﻘﺔ اﻟﻤﻌﺎﻟﺠﺔ اﻟﮭﺠﯿﻨﺔ ﻟﻠﺘﺮﺷﯿﺢ اﻟﺤﯿﻮي ﺗﺴﺒﻘﮭﺎ ﻋﻤﻠﯿﺔ أﻛﺴﺪة ﻣﺘﻘﺪﻣﺔ ﻹزاﻟﺔ اﻟﻤﻠﻮﺛﺎت اﻟﻨﺎﺷﺌﺔ ﻣﻦ اﻟﻨﻔﺎﯾﺎت اﻟﺴﺎﺋﻠﺔ ﻓﻲ ﻣﺤﻄﺔ ﻣﻌﺎﻟﺠﺔ ﻣﯿﺎه اﻟﺼﺮف اﻟﺼﺤﻲ

الطلب العالمي على المياه ذات الجودة الصالحة للشرب في تزايد مستمر. وبالتالي، يُعتبر إعادة استخدام المياه الآن بديلاً لتوسيع إمدادات المياه العذبة بشكل كبير في المجتمعات التي تواجه نقصا في المياه. معظم محطات معالجة مياه ليست فعالة في إزالة الملوثات الناشئة من المياه، مما سيسبب مشاكل خطيرة (WWTP) الصرف الصحي التقليدية للبيئة والحياة البشرية والحيوانية. بحثت هذه الدراسة في إمكانيات معالجة مياه الصرف الصحي لإعادة استخدامها أولاً، تم التحقيق في جدوى استخدام نظام الترشيح البيولوجي بدون معالجة مسبقة لإزالة الملوثات الناشئة من مياه والزجاج الموسع (AC) الصرف الصحي المعالجة. تم استكشاف نوعين من وسائط التصفية البيولوجية - الفحم النشط كمعالجة مسبقة لنظام (AOP). ثانيًا، تم استخدام نظام معالجة هجين، حيث تم توفير عملية أكسدة متقدمة (EG) المعتمدة في هذه الدراسة هي التحفيز الضوئي باستخدام (AOP) الترشيح البيولوجي. كانت عملية الأكسدة المتقدمة، بمعدل تدفق 2.9 مل / دقيقة EBCT كانت الظروف المعتمدة للمرشحات الحيوية هي 15 دقيقة UV/TiO2. و60 دقيقة من زمن الإقامة الهيدروليكي، ومصابيح ، TiO2 وللتحضير المسبق للتحفيز الضوئي جرعة 1 جرام/لتر من بطول موجي 365 نانومتر. تم إجراء الاستخراج الطور الصلب لاستخراج الملوثات من العينات، التي تم UV تحليلها باستخدام الكروماتوغرافيا الغازية - مطياف الكتلة. تم العثور على 4 ملوثات ناشئة فقط بمستوى (AA-9) و9-أمينو أكريدين، (MAL) مالاثيون، (PHN) فينوترين، (DBP) ميكروغرام / لتر - ثنائي بيوتيل الفثالات أزال الفحم النشط 19.2% من الكربون العضوي الإجمالي؛ وزادت نسبة الإزالة إلى 60.2% عندما تم استخدام كان أداؤه أفضل (AC) التحفيز الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية / ثاني أكسيد التيتانيوم مسبقًا. وجد أن الفحم النشط في كل من الأنظمة الفردية والهجينة. أظهرت مرشحات MAL و PHNو DBPو TOC لإزالة EG من مرشحات الحيوي AC مقارنة بمرشح AA-الحيوية إزالة أفضل في أنظمة الترشيح الحيوي فقط والأنظمة الهجينة للـ9 EGفقط أظهرت كلا الفلترين الحيويين إزالة مماثلة للعناصر الغذائية وتحسناً في الأداء من خلال تطبيق AOP وأنظمة بشكل عام، تشير هذه الدراسة إلى أن دمج أنظمة المعالجة المتقدمة للأكسدة AOP المعالجة المسبقة باستخدام وأنظمة الترشيح الحيوي لديه القدرة على معالجة الملوثات الناشئة والتقليدية على حد سواء، فضلا عن (AOPs) تسهيل إعادة استخدام المياه.

Download
COinS