Study of the reduction of fluoride content in Ghana's groundwater

NORIEGA OREIRO, SARA

4. term

Chemical Engineering, Master

2020

2020-06-04

92

Denne afhandling undersøger, hvordan høje fluoridkoncentrationer i grundvand i Ghana kan reduceres til Verdenssundhedsorganisationens (WHO) retningslinje på 1,5 mg/L ved hjælp af simple udfældningsbaserede metoder. Med udgangspunkt i grundvand fra Bongo-regionen blev der gennemført vandkemiske simuleringer i PHREEQ-C for at vurdere tilsætning af calciumkilder (CaCl2, Ca(OH)2 og kalk) og betydningen af temperatur, pH og kulsyre for udfældning af fluorid som fluoritten (CaF2). COVID-19 begrænsede laboratoriearbejdet, så eksperimentel validering blev reduceret til én dags forsøg med isothermal titreringskalorimetri (ITC) og ionkromatografi. Simulationerne viste, at både CaCl2 og Ca(OH)2 kan sænke fluorid til 1,5 mg/L ved udfældning, men at enkel tilsætning kan skubbe andre vandkvalitetsparametre uden for WHO’s grænser. For CaCl2 forbedres fluoritudfældning ved drift ved 2 °C, hvilket også mindsker kemikalieforbrug; for Ca(OH)2 er tilsætning af kulsyre nødvendig for at stabilisere pH og calcium. Forsøgene bekræftede de simulerede tendenser i simple vandopløsninger, men viste større afvigelser i nærvær af andre ioner, hvilket peger på kompleksiteten i naturligt grundvand. Resultaterne indikerer, at udfældningsprocesser er lovende, men kræver omhyggelig proceskontrol og tilpasning til lokal vandkemi for at opfylde drikkevandskravene i praksis.

This thesis examines how elevated fluoride levels in Ghana’s groundwater can be reduced to the World Health Organization (WHO) guideline of 1.5 mg/L using straightforward precipitation-based approaches. Focusing on groundwater from the Bongo region, aqueous geochemical simulations with PHREEQ-C evaluated the addition of calcium sources (CaCl2, Ca(OH)2 and calcite) and the roles of temperature, pH, and carbonic acid in precipitating fluoride as fluorite (CaF2). Due to COVID-19, laboratory work was limited to one day, and experimental validation was restricted to isothermal titration calorimetry (ITC) and ion chromatography. Simulations indicated that both CaCl2 and Ca(OH)2 can reduce fluoride to 1.5 mg/L through precipitation, but simple dosing can push other water quality parameters outside WHO limits. For CaCl2, operating at 2 °C enhances fluorite precipitation and reduces chemical demand; for Ca(OH)2, adding carbonic acid is needed to control pH and calcium levels. Experiments corroborated the simulated trends in simple solutions, but showed reduced accuracy in the presence of other ions, highlighting the complexity of real groundwater. Overall, precipitation appears promising but requires careful process control and adaptation to local water chemistry to meet drinking water standards in practice.

[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]

fluoride ; removal ; precipitation ; ghana ; phreeqc

Download
View record in AAU Student Projects