Chapter 5
Sonochemical Treatment of Textile
Wastewater
Slimane Merouani and Oualid Hamdaoui
Contents
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2 Basic Principles of Sonochemistry and Sonochemical Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3 Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.1 Wave and Bubbles Characteristics in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.2 Quantification of Acoustic Power in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.3.3 Quantification of Active Bubble Number in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . 154
5.4 Sono-oxidation of Textile Dyes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.5 Reaction Zone and Oxidation Pathways for Textile Dyes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.1 Radical Probe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.2 Data Fitting Using Mathematical Interfacial Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.6 Influence of Ultrasonic and Environmental Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.6.1 Frequency of Ultrasound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.6.2 Ultrasonic Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.6.3 Liquid Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.6.4 Dissolved Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.6.5 Initial Dye Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.6.6 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.7 Influence of Water Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.8 Process Intensification Using Selected Additives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.8.1 CCl 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.8.2 Iron (Fe
2+ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.8.3 Persulfate (S 2 O 8
2À
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.8.4 Periodate (IO 4
À
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.8.5 Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
S. Merouani
Laboratory of Environmental Process Engineering, Department of Chemical Engineering,
Faculty of Process Engineering, Salah Boubnider Constantine 3 University, Constantine,
Algeria
O. Hamdaoui (*)
Chemical Engineering Department, College of Engineering, King Saud University, Riyadh,
Saudi Arabia
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_5
147
Sonochemical Treatment of Textile
Wastewater
Slimane Merouani and Oualid Hamdaoui
Contents
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.2 Basic Principles of Sonochemistry and Sonochemical Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.3 Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.1 Wave and Bubbles Characteristics in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
5.3.2 Quantification of Acoustic Power in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.3.3 Quantification of Active Bubble Number in Sonochemical Reactors . . . . . . . . . . . 154
5.4 Sono-oxidation of Textile Dyes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.5 Reaction Zone and Oxidation Pathways for Textile Dyes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.1 Radical Probe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.5.2 Data Fitting Using Mathematical Interfacial Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.6 Influence of Ultrasonic and Environmental Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.6.1 Frequency of Ultrasound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
5.6.2 Ultrasonic Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.6.3 Liquid Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.6.4 Dissolved Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.6.5 Initial Dye Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.6.6 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
5.7 Influence of Water Matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.8 Process Intensification Using Selected Additives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.8.1 CCl 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
5.8.2 Iron (Fe
2+ ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.8.3 Persulfate (S 2 O 8
2À
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.8.4 Periodate (IO 4
À
) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.8.5 Nanoparticles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.9 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
S. Merouani
Laboratory of Environmental Process Engineering, Department of Chemical Engineering,
Faculty of Process Engineering, Salah Boubnider Constantine 3 University, Constantine,
Algeria
O. Hamdaoui (*)
Chemical Engineering Department, College of Engineering, King Saud University, Riyadh,
Saudi Arabia
© The Editor(s) (if applicable) and The Author(s), under exclusive license to
Springer Nature Switzerland AG 2021
Inamuddin et al. (eds.), Water Pollution and Remediation: Photocatalysis,
Environmental Chemistry for a Sustainable World 57,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-54723-3_5
147