Groundwater defluoridation by natural minerals
Understanding the process of fluoride removal in Tanzania
Tid: On 2023-06-14 kl 13.00
Plats: Two venues: Sahara, Teknikringen 10B, Campus, Sweden at 13:00 (CEST), AND Swedish Embassy at Dar es Salaam, Tanzania at 14:00 (EAT), video conference
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64600615013
Språk: Engelska
Ämnesområde: Mark- och vattenteknik
Respondent: Vivian Kimambo , Vatten- och miljöteknik, The University of Dodoma, United Republic of Tanzania, International Groundwater Arsenic Research Group
Opponent: Professor Jan Hoinkis, Karlsruhe University of Applied Sciences, Karlsruhe, Germany
Handledare: Professor Prosun Bhattacharya, Vatten- och miljöteknik; Professor Dr. Ing. Felix Mtalo, University of Dar es Salaam, United Republic of Tanzania; Professor Jyoti Prakash Maity, Department of Chemistry, School of Applied Sciences, KIIT Deemed to be University, Bhubaneswar, Odisha, 751024, India
QC 20230525
Abstract
Förhöjda koncentrationer av fluorid (F-) i grundvattnet är en av vattenkvalitetsparametrarna som utgör en betydande utmaning för säker dricksvattenförsörjning i flera länder globalt. Naturliga mineraler har visat avsevärd effektivitet för att avlägsna fluor. I denna studie har prestandan hos de lokalt tillgängliga naturliga mineralerna, såsom bauxit, magnesit och gips, undersökts i laboratorieskala genom modellering av fluoridavlägsnande från grundvattenkällor i Tanzania. Batchförsök utfördes för att undersöka de optimala förhållandena för F- borttagning av den kalcinerade bauxiten, magnesiten och gipsen. Röntgenfluorescens (XRF) spektroskopisk karakterisering visade att Al2O3, MgO och SO3 var de viktigaste oxiderna i bauxit, magnesit respektive gips. Experimentell data för de tre behandlade adsorbenterna följde väl med Freundlich-adsorptionsisotermen och pseudo-andra ordningens kinetik. Värdena för ∆Go och ∆Ho indikerar att F- adsorptionen på bauxit- och magnesitytor var spontan och endoterm. Slumpmässigheten, som beskrivs av ∆So vid gränsytan mellan fasta fasen och vätskan, ökade under adsorptionsprocesserna. Medan för gips var reaktionen spontan och exoterm, där slumpmässigheten vid gränsytan mellan fasta fasen och vätskan minskade under adsorptionsprocesserna. Vid optimala förhållanden, sänkte kalcinerad bauxit (400 °C), magnesit (650 °C) och gips (350 °C) F- koncentrationen från 8,27 mg/L till 1,02, 0,233 respektive 1,99 mg/L. Bauxit och gips sänkte vattnets pH från 9,38 till 6,74 respektive 7,41. Magnesit höjde pH-värdet från 9,38 till 10,12 vilket är över pH-intervallet mellan 6,5 - 8,5 och 6,5 - 9,2 som rekommenderats av Världshälsoorganisationens (WHO) riktlinjer för dricksvatten och Tanzania Bureau of Standards (TBS). Därför justering av pH behövs innan det behandlade vattnet kan användas för dricks ändamål. Designmodellen för bädd djupsservicetid (BDST) användes för att karakterisera genombrottsprocesserna. De kritiska bädddjupen (Zo) för erhållna bauxit och magnesit var 7,21 respektive 8,28 cm. Bädddjupsservicetid (BDST)-plotten visade att servicetiderna för F- adsorption på den kalcinerade bauxit- och magnesitytan ökade med bädddjupet. Det lägre värdet på kinetisk hastighetsparameter (Kα) för bauxit (1,43E-5 L/mg s) och magnesit (1,50E-5 L/mg s) visade att genombrottet sker i korta bäddar; därför krävs djupare bäddar för att undvika genombrott. De experimentella resultaten och prediktionsmodellena har hjälpt till att jämföra adsorptionsprocesserna samt kontrastera deras prestanda och hållbarhet för avlägsnande av fluor med hjälp av bauxit, magnesit och gips i dricksvattenresurserna i Tanzania. Adsorptionsresultaten och den övergripande kostnadsanalysen visar att kostnaden för kalcinerad bauxit och magnesit är låg jämfört med andra tillgängliga adsorbenter; därför kan de användas vid F- borttagning från grundvatten.