Loussaief, Nawres (2026) The Effect of Nanobubbles on Enhancing the Treatment of Industrial Wastewater by Advanced Electro-Fenton Oxidation Process. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF g202392190-Nawres Loussaief-Thesis Report.pdf Restricted to Repository staff only until 2 July 2027. Download (13MB)

Arabic Abstract

تمثل مياه الصرف الصناعي المحتوية على أصباغ الآزو تحديًا بيئيًا كبيرًا نظرًا لثبات هذه الملوثات وصعوبة تحللها حيويًا. وعلى الرغم من أن عملية الإلكترو-فينتون تُعد إحدى تقنيات الأكسدة المتقدمة الفعالة في إزالة الملوثات العضوية، إلا أن كفاءتها غالبًا ما تكون محدودة بسبب انخفاض كفاءة انتقال الأكسجين وتوليد بيروكسيد الهيدروجين. تقدم هذه الدراسة تحقيقًا على نطاق تجريبي لتقييم استخدام تقنية الفقاعات النانوية في تعزيز كفاءة عملية الإلكترو-فينتون لتحلل صبغة الميثيل أورانج بوصفها نموذجًا لأصباغ الآزو.أُجريت التجارب باستخدام نظام معالجة كهروكيميائي يعمل بنظام إعادة التدوير، ومزود بأنود ثابت الأبعاد وكاثود من نوع قطب انتشار الغاز. وتم تقييم الفقاعات النانوية المتولدة باستخدام الهواء والأكسجين وثاني أكسيد الكربون تحت ظروف مختلفة من الأس الهيدروجيني والموصلية الكهربائية، كما تمت دراسة تأثير نوع الإلكتروليت، ونوع الغاز، وتركيز الحديد، وزمن توليد الفقاعات النانوية. وتم تحسين ظروف التشغيل باستخدام منهجية سطح الاستجابة بالاعتماد على تصميم المركب المركزي. أظهرت النتائج أن أفضل ظروف التشغيل تمثلت في تركيز حديد بلغ 14.96 جزءًا في المليون وزمن توليد للفقاعات النانوية قدره 8.52 دقيقة، مما حقق كفاءة متوقعة لإزالة الميثيل أورانج بلغت 96.83%. كما أظهر التحليل الحركي أن عملية التحلل اتبعت حركية من الدرجة الأولى الزائفة، في حين أكد تحليل كروماتوغرافيا السائل المقترنة بمطيافية الكتلة اختفاء قمة الميثيل أورانج وعدم وجود نواتج تحلل وسيطة قابلة للكشف، مما يشير إلى حدوث تحلل واسع واحتمال تمعدن الصبغة.وتؤكد هذه النتائج أن استخدام تقنية الفقاعات النانوية يعزز كفاءة عملية الإلكترو-فينتون من خلال تحسين توليد بيروكسيد الهيدروجين وزيادة كفاءة إزالة الملوثات، مما يبرز إمكاناتها كتقنية فعالة وقابلة للتوسع في تطبيقات المعالجة المتقدمة لمياه الصرف الصناعي.

English Abstract

Industrial wastewater containing azo dyes represents a significant environmental challenge due to the persistence and poor biodegradability of these pollutants. Although the electro-Fenton process is an effective advanced oxidation technology, its performance is often limited by oxygen mass transfer and hydrogen peroxide (H₂O₂) generation. This study presents a pilot-scale investigation of nanobubble-assisted electro-Fenton treatment for enhancing the degradation of methyl orange as a model azo dye. Experiments were conducted using a recirculating electrochemical system equipped with a dimensionally stable anode (DSA) and a gas diffusion electrode (GDE) cathode. Air, oxygen, and carbon dioxide nanobubbles were evaluated under different pH and conductivity conditions, followed by investigations of electrolyte type, gas type, iron concentration, and nanobubble generation time. Process optimization was performed using Response Surface Methodology (RSM) with a Central Composite Design (CCD). The optimum conditions, corresponding to 14.96 ppm Fe²⁺ and 8.52 min nanobubble generation time, achieved a predicted methyl orange removal efficiency of 96.83%. The degradation followed pseudo-first-order kinetics, while LC-MS analysis confirmed the disappearance of the methyl orange peak with no detectable intermediates, indicating possible extensive degradation. These findings demonstrate that nanobubble technology effectively enhances electro-Fenton performance by improving H₂O₂ generation and pollutant degradation, highlighting its potential as an efficient and scalable approach for advanced industrial wastewater treatment.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Environmental
Department:	College of Petroleum Engineering and Geosciences > Geosciences
Thesis Advisor:	Bassam Al-tawabini,
Thesis Committee Members:	Mohamed Mahmoud, Khaled Ibrahim,
Depositing User:	NAWRES LOUSSAIEF
Date Deposited:	05 Jul 2026 06:54
Last Modified:	05 Jul 2026 06:54
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144640