含化学处理富矿物质碳的除氟过滤器数学模型的开发与实验验证

过量摄入氟化物可导致氟斑牙和氟骨症等健康问题。天然存在的氟化物和工业径流可能导致供水中的氟化物浓度远超世界卫生组织建议的限值。在本研究中，我们推导了一个模型，该模型包含了使用两种吸附剂——富矿物质碳（MRC）和化学处理富矿物质碳（TMRC）——从饮用水中去除氟化物的主要机制。利用新的和先前发表的实验数据，我们使用批处理和柱实验数据验证了该模型对MRC、TMRC及其混合物的有效性。尽管过滤器按质量计含有约40:1的MRC:TMRC比例，我们发现TMRC主导了氟化物去除，而MRC在早期和晚期有贡献。完整的柱模型使用来自等温线批处理研究的参数，在不同入口浓度和流速下与实验穿透数据取得了极好的一致性（R²>0.991，SSE<0.0632）。受此启发，我们提出了一个仅基于TMRC吸附的简化模型，只有一个拟合参数，该模型在所有穿透曲线上仍然表现良好（R²>0.983，SSE<0.117）。该模型的简单性意味着它在数值计算上直接且廉价。在两个模型中，批处理和柱行为得到了一致，并且对于具有变化入口浓度的穿透曲线，找到了一组全局优化参数。与实验数据的强一致性支持了模型的鲁棒性，并增强了其参数的物理可解释性。这些针对MRC和TMRC的模型为过滤器优化以及未来在资源有限环境中改善氟化物去除的努力奠定了基础。