viii
Part V Clean Water and Sanitation System
12 Potable Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Methods and Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Domestic Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Agricultural Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Industrial Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Recreational Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Environmental Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Irrigation Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
13 Wastewater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Current and Potential Applications for Water and Wastewater
Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Membranes and Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Photocatalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Disinfection and Microbial Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Sensing and Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Recent Developments in Photocatalytic Water Treatment
Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Fundamentals and Mechanism of TiO 2 Photocatalysis . . . . . . . . . . . . 263
Advancements in Photocatalyst Immobilization and Supports. . . . . . 269
Challenges in the Development of Photocatalytic Water
Treatment Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Mesoporous Clays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Nanofibers, Nanowires, or Nanorods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Photocatalytic Membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Photocatalyst Modification and Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Photocatalytic Reactor Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Operational Parameters of the Photocatalytic Reactor . . . . . . . . . . . . 279
Contaminants and Their Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Light Wavelength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Light Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Response Surface Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Kinetics and Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Life Cycle Assessment of Photocatalytic Water Treatment
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Future Challenges and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
Contents
Part V Clean Water and Sanitation System
12 Potable Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
Methods and Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Results and Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
Domestic Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Agricultural Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
Industrial Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
Recreational Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Environmental Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Irrigation Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
13 Wastewater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
Current and Potential Applications for Water and Wastewater
Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
Membranes and Membrane Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
Photocatalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
Disinfection and Microbial Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Sensing and Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Recent Developments in Photocatalytic Water Treatment
Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Fundamentals and Mechanism of TiO 2 Photocatalysis . . . . . . . . . . . . 263
Advancements in Photocatalyst Immobilization and Supports. . . . . . 269
Challenges in the Development of Photocatalytic Water
Treatment Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Mesoporous Clays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
Nanofibers, Nanowires, or Nanorods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Photocatalytic Membrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Photocatalyst Modification and Doping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
Photocatalytic Reactor Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Operational Parameters of the Photocatalytic Reactor . . . . . . . . . . . . 279
Contaminants and Their Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
Light Wavelength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
Light Intensity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
Response Surface Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Kinetics and Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
Life Cycle Assessment of Photocatalytic Water Treatment
Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Future Challenges and Prospects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
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