Fluoride (F^-) concentration in drinking water is one of the water quality parameters in countries with high concentrations in groundwater sources. Natural minerals have shown considerable effectiveness in F^- removal. In this study, the performance of the locally available natural minerals, such as bauxite, magnesites, and gypsum, have been investigated at the laboratory scales and through modelling for F^- removal from drinking groundwater sources in Tanzania. Batch experiments were carried out to examine the optimum conditions for F^- removal by the calcined bauxite, magnesite, and gypsum. X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) characterization showed that Al₂O₃, MgO, and SO₃ were the major oxides in bauxite, magnesite, and gypsum, respectively. The experimental data for the three treated adsorbents fitted well with the Freundlich adsorption isotherm and the pseudo-second-order kinetics. The values of ∆G° and ∆H° indicate that the F^- adsorption on bauxite and magnesite surfaces was spontaneous and endothermic. The randomness described by ∆S° at the solid–liquid interface was increased during the adsorption processes. While for gypsum, the reaction was spontaneous and exothermic, where the randomness at the solid–liquid interface decreased during the adsorption processes. At optimum conditions, calcined bauxite (400 °C), magnesite (650 °C), and gypsum (350 °C) lowered the F^- concentration from 8.27 mg/L to 1.02, 0.233 and 1.99 mg/L, respectively. Bauxite and gypsum lowered the pH of water from 9.38 to 6.74 and 7.41, respectively. Magnesite raised the pH from 9.38 to 10.12, which is above the World Health Organization (WHO) (6.5 - 8.5) and Tanzania Bureau of Standards (TBS) (6.5 – 9.2) drinking water standard; therefore, pH adjustments are needed before water can be used for drinking. The Bed Depth Service Time (BDST) plot showed that the service times for F^- adsorption on the calcined bauxite and magnesite surface increased with bed depth. The critical bed depths (Zo) for bauxite and magnesite obtained were 7.21 and 8.28 cm, respectively. The lower value of the kinetic rate parameter (Kα) for bauxite (1.43E-5 L/mg s) and magnesite (1.50E-5 L/mg s) highlighted that the breakthrough occurs in short beds; therefore, deeper beds are required to avoid breakthroughs. The experimental results and model predictions have helped to compare the adsorption processes as well as contrast their performance and sustainability for F^- removal using the bauxite, magnesite, and gypsum in the drinking water resources in Tanzania. The adsorption results and the overall cost analysis show that the cost of calcined bauxite and magnesite is low compared to other available adsorbents; therefore, they can be used in F^- removal from water.

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 ∆G^o och ∆H^o indikerar att F^- adsorptionen på bauxit- och magnesitytor var spontan och endoterm. Slumpmässigheten, som beskrivs av ∆S^o 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.

Mkusanyiko wa floridi (F^-) katika maji ya kunywa ni mojawapo ya vigezo vya ubora wa maji katika nchi zilizo na ukolezi mkubwa wa F^- katika vyanzo vya maji. Madini ya asili yameonyesha ufanisi mkubwa kwa kuondolewa kwa F-. Katika utafiti huu, utendaji wa madini asilia yanayopatikana humu nchini kama vile bauxite, magnesite na jasi umechunguzwa katika mizani ya maabara na kutoa mfano wa kuondolewa kwa F^- kutoka vyanzo vya maji ya chini ya ardhi nchini Tanzania. Majaribio ya kundi yalifanywa ili kuchunguza hali bora za uondoaji wa F^- kwa bauxite iliyokatwa, magnesite na jasi. Tabia ya uchunguzi wa uchunguzi wa X-ray fluorescence (XRF) ilionyesha kuwa Al₂O₃, MgO na SO₃ zilikuwa oksidi kuu katika bauxite, magnesite na jasi, kwa mtiririko huo. Data ya majaribio ya adsorbenti tatu zilizotibiwa ililingana vyema na isotherm ya Freundlich ya adsorption na kinetiki ya mpangilio wa pili wa uwongo. Thamani za ∆Gº, ∆Hº zinaonyesha utepetevu wa F^- kwenye uso wa bauxite na magnesite ulikuwa wa pekee na wa mwisho wa joto. Nasibu iliyoelezewa na ∆Sº kwenye kiolesura kigumu-kioevu iliongezwa wakati wa michakato ya utangazaji. Ilhali kwa jasi majibu yalikuwa ya hiari na ya kupita kiasi ambapo unasihi kwenye kiolesura kigumu-kioevu ulipungua wakati wa michakato ya utangazaji. Katika hali bora zaidi, bauxite iliyokaushwa (400 °C), magnesite (650 °C), na jasi (350 °C) ilipunguza mkusanyiko wa F^- kutoka 8.27 mg/L hadi 1.02, 0.233 na 1.99 mg/L, kwa mtiririko huo. Bauxite na jasi zilipunguza pH ya maji kutoka 9.38 hadi 6.74 na 7.41, kwa mtiririko huo. Magnesite ilipandisha pH kutoka 9.38 hadi 10.12 ambayo ni juu ya Shirika la Afya Duniani (WHO) (6.5 - 8.5) na Shirika la Viwango Tanzania (TBS) (6.5 – 9.2) kiwango cha maji ya kunywa, kwa hiyo marekebisho ya pH yanahitajika kabla ya maji kuongezwa. kutumika kwa kunywa. Mpango wa Muda wa Huduma ya Kina cha Kitanda (BDST) ulionyesha kuwa nyakati za huduma za F- adsorption kwenye uso wa bauxite iliyokaushwa na magnesite ziliongezeka kwa kina cha vitanda. Kina muhimu cha kitanda   kwa bauxite na magnesite zilizopatikana zilikuwa 7.21 na 8.28 cm, kwa mtiririko huo. Thamani ya chini ya kiwango cha mmenyuko mara kwa mara (Kα) kwa bauxite (1.43E-5 L/mg s) na magnesite (1.50E-5 L/mg s) iliyoangazia mafanikio yatatokea katika vitanda vifupi; kwa hiyo, vitanda vya kina vinahitajika ili kuepuka mafanikio. Matokeo ya majaribio na utabiri wa modeli umesaidia kulinganisha michakato ya utangazaji pamoja na utofauti wa utendaji na uendelevu wa kuondolewa kwa F^- kwa kutumia bauxite, magnesite na jasi katika rasilimali za maji ya kunywa nchini Tanzania. Bauxite iliyokaushwa na magnesite iliboresha uondoaji wa F^-.