CN116023587B - 一种铁基杂化絮凝剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井水处理技术领域，尤其涉及一种铁基杂化絮凝剂及其制备方法与应用。该铁基杂化絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将醋酸铵溶液与铁盐溶液混合后得到氢氧化铁胶体；(2)将部分丙烯酰胺、氢氧化铁胶体混匀后得到混合溶液；(3)将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体、剩余丙烯酰胺混匀后进行反应，即得铁基杂化絮凝剂。该铁基杂化絮凝剂在高浊、含油矿井水的预处理中的应用方法，包括以下步骤：(1)调节矿井水水体pH值、温度；(2)投加铁基杂化絮凝剂，进行搅拌。本发明提供的矿井水预处理方法简单、便捷、高效，可以避免对环境造成的危害。
Description
技术领域
本发明涉及矿井水处理技术领域，尤其涉及一种铁基杂化絮凝剂及其制备方法与应用。
背景技术
煤炭作为当今世界的三大能源之一，在社会经济发展过程中具有十分重要的作用。对于大多数煤矿而言，含煤地层一般位于地下水层之下，由于水的重力等多方面因素作用，所以在煤炭开采过程中通常会产生大量的矿井水。而对这些矿井水进行合理的资源化利用，一方面可以防止地下水害的发生、确保煤矿井下的安全生产，另一方面可有效解决其对矿区周围土壤环境和农作物等存在的污染问题，同时还能缓解大部分矿区或其周围地区较为严重的缺水现象，在安全生产、生态环保和经济发展等多方面具有明显效益，因而提高矿井水的平均利用率就尤为重要。
由于机械化开采程度的提高以及在开采过程中煤粉、岩粉等细微颗粒的伴生，井下排出的煤矿矿井水中通常含有较高浓度的悬浮颗粒物和低浓度的乳化油，同时这些物质一部分还会在水体中结合形成“水-固-有机物”的稳定体系，不利于其自身沉降。悬浮颗粒物和乳化油的共同存在不仅使矿井水的感官性状差，预处理难度较高，还会对其后续的膜过滤等处理工艺造成一定的影响。当下，针对矿井水中的悬浮颗粒物和微量乳化油，现有大部分煤矿企业采用的是无机混凝药剂和有机高分子絮凝药剂相结合使用的处理方法，其对悬浮物的沉降效果尚可，但对微量乳化油的去除效果一般，并且药剂的投加量大、污泥产量高、对水体环境敏感等问题都有待解决。
因而，提供一种高浊、含乳化油矿井水的预处理方法对于矿井水处理具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁基杂化絮凝剂及其制备方法与应用，以解决现有技术存在的缺陷。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醋酸铵溶液与铁盐溶液混合后得到氢氧化铁胶体；
(2)将部分丙烯酰胺、氢氧化铁胶体混匀后得到混合溶液；
(3)将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体、剩余丙烯酰胺混匀后进行反应，即得铁基杂化絮凝剂。
优选的，所述铁盐溶液的质量浓度为10～15％，所述醋酸铵溶液的质量浓度为15～25％，所述醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为2～4：100；
所述醋酸铵溶液与铁盐溶液混合时的温度为室温；
所述铁盐、丙烯酰胺、引发剂和疏水性阳离子单体的质量比为24～26：68～74：0.4～0.6：35～46。
优选的，所述步骤(3)的反应温度为38～42℃，所述反应在氮气氛围下进行。
优选的，所述步骤(3)是先将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体混匀后反应50～70min，再加入剩余丙烯酰胺反应7～9h。
优选的，所述步骤(2)加入的部分丙烯酰胺为丙烯酰胺总质量的45～55％。
优选的，所述步骤(1)醋酸铵溶液滴至铁盐溶液中，滴加的速度为8～10s/滴。
优选的，所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种；所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物，其中过硫酸钾和亚硫酸氢钠的质量比为1：1.2～1.8。
本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的铁基杂化絮凝剂。
本发明还提供了一种上述铁基杂化絮凝剂在高浊、含油矿井水的预处理中的应用方法，包括以下步骤：
(1)调节矿井水水体pH值、温度；
(2)投加铁基杂化絮凝剂，进行搅拌。
优选的，所述步骤(1)调节pH值至5.5～8.5，调节温度至15～55℃；
所述步骤(2)铁基杂化絮凝剂的投加量为12～16mg/L；
所述搅拌为先进行快速搅拌后再进行慢速搅拌，所述快速搅拌的转速为340～360rpm，快速搅拌时间为80～120s，慢速搅拌的转速为85～95rpm，慢速搅拌的时间为290～320s。
经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供了一种高浊、含乳化油矿井水预处理方法，通过调节水体pH值、温度、铁基杂化絮凝剂的投加量、搅拌阶段、搅拌强度、搅拌时间、沉降时间，可以控制矿井水的絮凝、除油性能，对煤粉悬浮颗粒物、乳化油去除率分别最高可达99.24％、65.56％；
同时，通过使用本发明提供的铁基杂化絮凝剂可以避免由于传统处理方法使用无机絮凝剂或有机絮凝剂带来的问题，例如Al系无机絮凝剂残留在水中的铝离子会导致二次污染，Fe系无机絮凝剂残留的铁离子对设备具有一定的腐蚀性，有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒等。
并且，本发明提供的矿井水预处理方法简单、便捷、高效，可以避免对环境造成的危害。
附图说明
图1为不同药剂投加量下絮体的形成与恢复过程，(a)为本发明制备的铁基杂化絮凝剂，(b)为市售PAM；
图2为不同pH条件下絮体的形成与恢复过程，(a)为本发明制备的铁基杂化絮凝剂，(b)为市售PAM；
图3为不同温度条件下絮体的形成与恢复过程，(a)为本发明制备的铁基杂化絮凝剂，(b)为市售PAM；
图4(a)为本发明制备的铁基杂化絮凝剂作用下所得底泥扫描电镜照片，图4为(b)自然沉降条件下所得底泥扫描电镜照片。
具体实施方式
本发明提供了一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将醋酸铵溶液与铁盐溶液混合后得到氢氧化铁胶体；
(2)将部分丙烯酰胺、氢氧化铁胶体混匀后得到混合溶液；
(3)将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体、剩余丙烯酰胺混匀后进行反应，即得铁基杂化絮凝剂。
在本发明中，所述铁盐溶液的质量浓度为10～15％，优选为12～13％，所述醋酸铵溶液的质量浓度为15～25％，优选为18～22％，所述醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为2～4：100，优选为3:100；
在本发明中，所述醋酸铵溶液与铁盐溶液混合时的温度为室温。
在本发明中，所述铁盐、丙烯酰胺、引发剂和疏水性阳离子单体的质量比为24～26：68～74：0.4～0.6：35～46，优选为24.5～25.5：69～73：0.45～0.55：38～42。
在本发明中，所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种，优选为氯化铁。
在本发明中，所述疏水性阳离子单体包括但不限于甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵(ADMCAB)。
在本发明中，疏水性阳离子单体可以采用阳离子单体与疏水性单体共聚产物；可选的阳离子单体包括但不限于丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)、丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEA)，优选为丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)；可选的疏水性单体包括但不限于丙烯酸丁酯(BA)、2-丙烯酸十二烷基酯(DA)、2-丙烯酸环己基酯(CA)、丙烯酸异癸酯(LA)，优选为2-丙烯酸十二烷基酯(DA)或2-丙烯酸环己基酯(CA)。
在本发明中，所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物，其中过硫酸钾和亚硫酸氢钠的质量比为1：1.2～1.8，优选为1：1.4～1.6。
在本发明中，所述步骤(1)醋酸铵溶液滴至铁盐溶液中，滴加的速度为8～10s/滴，优选为9s/滴。
在本发明中，所述步骤(2)加入的部分丙烯酰胺为丙烯酰胺总质量的45～55％，优选为48～52％。
在本发明中，所述步骤(3)的反应温度为38～42℃，优选为39～41℃，所述反应在氮气氛围下进行。
在本发明中，所述步骤(3)是先将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体混匀后反应50～70min，优选为55～65℃，再加入剩余丙烯酰胺反应7～9h，优选为7.5～8.5h。
本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的铁基杂化絮凝剂。
本发明还提供了一种上述铁基杂化絮凝剂在高浊、含油矿井水的预处理中的应用方法，包括以下步骤：
(1)调节矿井水水体pH值、温度；
(2)投加铁基杂化絮凝剂，进行搅拌。
在本发明中，所述步骤(1)调节pH值至5.5～8.5，优选为6～7，调节温度至15～55℃，优选为20～40℃；
pH在5.5时，其本身会对水体中的“水-固-有机物”体系具有一定的破乳作用；在pH＞8.5，可能会引起杂化絮凝剂有机大分子链上疏水基团酯基的水解，另一方面OH﹣会在一定程度抑制杂化絮凝剂电中和作用的充分发挥；
本发明发现随着水体温度的降低，絮凝剂的水解和破乳等一系列的反应速度相对缓慢，同时悬浮颗粒的“布朗运动”强度也会有所减弱，因而絮凝效率会有所下降；
而当温度升高时，破乳作用速度会有所加快，促进絮体的形成和沉降，但是过高的温度也有可能导致形成的絮体粒径偏小，从而致使除浊效率有所降低；
最优的水体温度范围为15～55℃，絮凝除浊和去油效率受水体温度变化的影响不是很大；
所述步骤(2)铁基杂化絮凝剂的投加量为12～16mg/L，优选为12～15mg/L；
当增加杂化絮凝剂的使用量，其电中和作用、破乳作用和吸附网捕作用的增强会明显促进絮凝效果的提升；
而当水体中药剂的含量达到一定程度后，絮凝作用几近达到最大值，水中油的浓度也很低，继续增加药剂投加量并不会产生明显的增效作用，而过多的使用该絮凝剂会使水体中发生阳离子的排斥作用，从而开始抑制絮凝沉降作用；
所述搅拌为先进行快速搅拌后再进行慢速搅拌，所述快速搅拌的转速为340～360rpm，优选为345～355rpm，快速搅拌时间为80～120s，优选为90～110s，慢速搅拌的转速为85～95rpm，优选为88～92rpm，慢速搅拌的时间为290～320s，优选为300～310s。
慢速搅拌阶段的时长对絮凝结果的影响最为显著，其次为慢速搅拌阶段的搅拌速率，而快速搅拌溶解阶段的水力条件对絮凝效果的影响程度相对较小；这主要是因为慢速阶段为杂化絮凝剂与水体中颗粒物进行反应的主要阶段，矾花的形成也主要是发生在这一阶段。
在本发明中，沉降时间为8min，当沉降时间到达8min时浊度去除率和微量油去除率已经达到一个相对较高的值，水体中的剩余浊度和含油量很低，再往后延长沉降时间除浊率和微量油的去除率亦有所增加，但增加速率越来越小；这是因为絮凝剂的破乳和絮凝作用在慢搅阶段已进行完毕，且形成的絮体大多数粒径较大，易于沉降，于是在沉降刚开始的前几分钟内大部分颗粒物就能沉降完毕，在水体中剩余的是一些沉降速率相对较低的小颗粒物。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中使用的氯化铁为普通市售的六水三氯化铁。
实施例1
称取六水三氯化铁(FeCl3质量占25g)并溶于225ml去离子水中，置于350ml烧瓶中室温搅拌；使用15％醋酸铵溶液缓速滴加，醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为3：100，得到氢氧化铁胶体；将36g的丙烯酰胺AM加入烧瓶中，调节温度至40℃，通氮气20min；将引发剂m(K2S2O8)/m(NaHSO3)＝1：1.5比例投加0.5g，同时加入41.6g的ADMCAB反应60min；再将剩余36g丙烯酰胺AM以溶液状态加入，持续反应8小时；在50℃下真空干燥48h后得到铁基杂化絮凝剂(S1)。
实施例2
称取六水三氯化铁(FeCl3质量占24.5g)并溶于225ml去离子水中，置于350ml烧瓶中室温搅拌；使用15％醋酸铵溶液缓速滴加，醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为3：100，得到氢氧化铁胶体；将36.1g的丙烯酰胺AM加入烧瓶中，调节温度至38℃，通氮气20min；将引发剂溶液m(K2S2O8)/m(NaHSO3)＝1：1.2比例投加0.4g，同时加入42g的ADMCAB反应60min；再将剩余36.1g丙烯酰胺AM以溶液状态加入，持续反应8小时；在50℃下真空干燥48h后得到铁基杂化絮凝剂(S2)。
实施例3
称取六水三氯化铁(FeCl3质量占25.5g)并溶于225ml去离子水中，置于350ml烧瓶中室温搅拌；使用15％醋酸铵溶液缓速滴加，醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为3：100，得到氢氧化铁胶体；将36.5g的丙烯酰胺AM加入烧瓶中，调节温度至42℃，通氮气20min；将引发剂溶液m(K2S2O8)/m(NaHSO3)＝1：1.8比例投加0.6g，同时加入38g的ADMCAB反应60min；再将剩余36.5g丙烯酰胺AM以溶液状态加入，持续反应8小时；在50℃下真空干燥48h后得到铁基杂化絮凝剂(S3)。
测试例1
分别采用美国哈希浊度仪(仪器型号为：2100N)、《水质-石油类的测定-紫外分光光度法(国标HJ970-2018)》方法对测试例1中的高浊、含微量乳化油矿井水以及处理后的上清液分别测试其浊度、含油量；
所采用的絮凝剂为实施例1中的铁基杂化絮凝剂(S1)，所采用的原水来自于陕西省榆林市某矿现场从地下水仓提升至地面进行混凝处理前的矿井水，水质如表1所示：
表1混凝处理前的矿井水水质
采用1号矿井水，先将水体pH值保持不变为7.0左右，保持水体温度为25℃；
在铁基杂化絮凝剂投加量为6、8、10、12、14、16、18mg/L条件下进行搅拌；
先进行快速搅拌阶段，控制搅拌强度为350rpm，搅拌时间为90s；
再进行慢速搅拌阶段，控制搅拌强度为90rpm，搅拌时间为300s；
静置沉降10min后取液面1cm以下上清液进行浊度和含油量的检测。
具体处理结果如表2所示：
表2矿井水处理结果
从表2所示实验结果可以看出，随着杂化絮凝剂使用量的增加，水中浊度去除率和微量油的去除率均呈现上升的趋势。
当其投加量达到14mg/L的时候，相同时间内浊度去除率接近最大值，微量油去除率也即将达到最大值，在此基础上再增加药剂投加量，微量油去除率略有增加，而浊度去除率几乎不再增加，而当使用量继续增加到18mg/L的时候，浊度去除率反而开始略有减小。
究其原因，开始增加杂化絮凝剂的使用量，其电中和作用、破乳作用和吸附网捕作用的增强会明显促进絮凝效果的提升；
而当水体中药剂的含量达到一定程度后，絮凝作用几近达到最大值，水中油的浓度也很低，继续增加药剂投加量并不会产生明显的增效作用，而过多的使用该絮凝剂会使水体中发生阳离子的排斥作用，从而开始抑制絮凝沉降作用；
因此，综合考虑絮凝效果和药剂成本等方面的因素，选择14mg/L作为处理该水样时杂化絮凝剂的最优投加量，此条件下对应的浊度去除率和微量油去除率分别为98.8％和65.2％。
图1显示了在不同投加量下，铁基杂化絮凝剂的絮体的生长过程与遭到破坏后的恢复过程；
絮体的生长过程是在絮凝剂的作用下溶液体系中颗粒与颗粒之间发生碰撞的过程，颗粒物的数量、大小以及颗粒之间碰撞的几率、效率等均在一定程度上决定了絮体粒径的大小及其生长速率；
从图1来看，无论是铁基杂化絮凝剂还是市售阳离子PAM，其投加量对絮体的形成过程均有一定的影响。总体而言，在一定范围内絮凝剂使用量越大，絮体的生长速率以及遭到破坏后，恢复生长的速率就越高，这是由于电中和作用和吸附网捕作用促进了细微颗粒的加速聚集所导致；
对比两种絮凝剂的絮凝过程不难发现，无论是相同投加量下絮体的形成和增长速率还是遭破坏后的恢复速率与恢复程度，铁基杂化絮凝剂均强于市售PAM，且在反应时间达到6min时PAM对应的絮体增长过程仍未结束，而铁基杂化絮凝剂对应的絮体基本在600s左右就已生长完成，并且在遭到破坏后180s后就恢复完成；
对于杂化絮凝剂而言，当其投加量过高时，我们可以看到絮体的大小存在减小的趋势，这可能是其自身携带阳离子集团的相互作用所致，因此在实际应用中需严格探究并控制杂化絮凝剂的使用量。
测试例2
所采用的絮凝剂为实施例1中的铁基杂化絮凝剂(S1)，采用测试例1中2号矿井水，先将水体pH值分别控制在5.5、保持不变、8.5三个水平，温度均控制在25℃；
分别在三个pH值水平下，进行三个批次实验，每个批次均分别投加12、14、16、18mg/L的铁基杂化絮凝剂；
先进行快速搅拌阶段，控制搅拌强度为350rpm，搅拌时间为120s；
再进行慢速搅拌阶段，控制搅拌强度为90rpm，搅拌时间为300s；
静置沉降10min后取液面1cm以下上清液进行浊度和含油量的检测。
具体处理结果如表3所示：
表3矿井水处理结果
从表3中可以看出，当pH值为5.5时，在不同的药剂投加量下浊度去除率和微量油的去除率均比原水絮凝时要高；
当pH值为8.5时，在不同的药剂投加量下浊度去除率和微量油的去除率均比原水絮凝时要低，但是这种差别不大，且随着药剂投加量的越来越充足，这种差别越来越小；
这可能主要是由于在原水的基础上添加少量的盐酸时，其本身会对水体中的“水-固-有机物”体系具有一定的破乳作用；
而少量氢氧化钠的加入一方面可能会引起杂化絮凝剂有机大分子链上疏水基团的酯基水解，另一方面OH﹣会在一定程度抑制杂化絮凝剂电中和作用的充分发挥；
总体来看，在pH＝5.5～8.5的范围内，弱酸和弱碱环境对于该杂化絮凝剂在水体中的絮凝效果无太大影响，说明该杂化絮凝剂对酸碱敏感性不高，适应性较强。
图2显示在不同pH值条件下铁基杂化絮凝剂、市售PAM絮体的形成过程和遭到破坏后的恢复过程；
图2中检测结果表明，无论是杂化絮凝剂还是市售阳离子型PAM，弱酸性条件都比弱碱性条件有利于絮体的形成、粒径增长以及恢复；
对于铁基杂化絮凝剂，弱酸性条件下絮体形成的速率和大小要略高于原水条件，弱碱性条件下要略低于原水条件，在pH＝5.5时，絮体形成很快，在遭剪切后虽然破坏程度较高，但其恢复速度也较弱碱性条件下高；
对于PAM，原水条件下絮体的形成效果和增长速率最优，由此进一步说明杂化絮凝剂更倾向于在弱酸性条件下使用，且其对pH的适应能力相对较好；而普通阳离子絮凝剂在反应形成絮体的过程中对水体的pH值很敏感。
测试例3
所采用的絮凝剂为实施例1中的铁基杂化絮凝剂(S1)，采用测试例1中3号矿井水，保持水体pH值不变，温度分别控制在5、15、25、35、45、55、65℃；
投加14mg/L的铁基杂化絮凝剂；
先进行快速搅拌阶段，控制搅拌强度为350rpm，搅拌时间为120s；
再进行慢速搅拌阶段，控制搅拌强度为90rpm，搅拌时间为300s；
静置沉降10min后取液面1cm以下上清液进行浊度和含油量的检测。
具体处理结果如表4所示：
表4矿井水处理结果
表4所示实验结果表明，水体温度的变化对该杂化絮凝剂的絮凝效果有一定的影响，但影响并不是很剧烈；
在零摄氏度以上，随着水温的升高，相同条件下的浊度去除率呈现先升高后略有降低的趋势，在35℃附近达到一个最优值；
而相对的微量油去除效果随着水温的升高整体上呈现增强的趋势，特别在水温低于室温时这种差异比较明显；
一般情况下，随着水体温度的降低，絮凝剂的水解和破乳等一系列的反应速度相对缓慢，同时悬浮颗粒的“布朗运动”强度也会有所减弱，因而絮凝效率会有所下降；
而当温度升高时，破乳作用速度会有所加快，促进絮体的形成和沉降，但是过高的温度也有可能导致形成的絮体粒径偏小，从而致使除浊效率有所降低；
从对实验结果的分析来看，该杂化絮凝剂的絮凝除浊和去油效率受水体温度变化的影响不是很大。
图3显示在不同温度条件下铁基杂化絮凝剂的絮体的形成过程和遭到破坏后的恢复过程；
从图3中可以看出，随着水体温度的升高，两种絮凝剂作用下絮体的生长速率均是增加，但是当温度过高时，絮体生长速率的增加不是很明显，而所生成絮体的最终中位粒径会有所偏小，这说明高温有利于絮体的快速形成而不利于其持续长大；
当水体的温度降低至5℃时，无论是絮体的生长速率还是最终絮体的中位粒径，均明显减小；
在所形成絮体遭受剪切力破坏后，低温状态下其恢复生长的速率和程度也同样有所下降，并且市售阳离子型PAM的这种特点要比杂化絮凝剂更加明显，这是由于低温状态下絮凝剂的溶解以及电中和作用和网捕作用的发挥均在一定程度上受到限制，并且此现象也说明铁基杂化絮凝剂的抗低温性能要比普通阳离子型絮凝剂略强；
总体来看，杂化絮凝剂对水温的适应能力较强。
测试例4
所采用的絮凝剂为实施例1中的铁基杂化絮凝剂(S1)，采用测试例1中4号矿井水，保持水体pH值不变，温度分别控制在25℃；
投加14mg/L的铁基杂化絮凝剂；
针对快速搅拌阶段和慢速搅拌阶段的搅拌强度、搅拌时间进行四因素三水平正交实验L9(34)，各实验参数水平见表5：
表5各实验参数水平见
在正交实验设计的条件下，各组絮凝反应结束后沉降10min，取上层清液测定浊度和含油量的去除率，所得结果如下表6所示：
表6正交实验结果
对以上结果分别针对浊度去除率和微量油去除率进行影响因素的显著性分析，结果见下表7：
表7显著性分析
从以上计算数据可以看出，慢速搅拌阶段的时长对絮凝结果的影响最为显著，其次为慢速搅拌阶段的搅拌速率，而快速搅拌溶解阶段的水力条件对絮凝效果的影响程度相对较小。这主要是因为慢速阶段为杂化絮凝剂与水体中颗粒物进行反应的主要阶段，矾花的形成也主要是发生在这一阶段；
对于浊度的去除和微量油的去除，其所对应的影响因素主次顺序和最优水平组合略有差异，这主要是二者本身的性质差异以及在水体中的浓度不同所导致。
综合考虑，该杂化絮凝剂在处理该类煤矿矿井水时的水力条件可拟选择为：先以350r/min快速搅拌80～120s，再90r/min慢速搅拌300s，此条件下絮凝除浊和去油效果相对较优。
测试例5
所采用的絮凝剂为实施例1中的铁基杂化絮凝剂(S1)，采用测试例1中5号矿井水，保持水体pH值不变，温度分别控制在25℃；
投加14mg/L的铁基杂化絮凝剂；
先进行快速搅拌阶段，控制搅拌强度为350rpm，搅拌时间为120s；
再进行慢速搅拌阶段，控制搅拌强度为90rpm，搅拌时间为300s；
分别静置沉降8、10、12、14、16、18min后取液面1cm以下上清液进行浊度和含油量的检测。
具体处理结果如表8所示：
表8矿井水处理结果
表8所示实验结果表明，当沉降时间到达8min时浊度去除率和微量油去除率已经达到一个相对较高的值，水体中的剩余浊度和含油量很低，再往后延长沉降时间除浊率和微量油的去除率亦有所增加，但增加速率越来越小；
这是因为絮凝剂的破乳和絮凝作用在慢搅阶段已进行完毕，且形成的絮体大多数粒径较大，易于沉降，于是在沉降刚开始的前几分钟内大部分颗粒物就能沉降完毕，在水体中剩余的是一些沉降速率相对较低的小颗粒物；
当沉降时间到达16min时，除浊率达到99.34％，水中剩余浊度仅为4.87NTU，满足工业用循环冷却水标准(浊度≤5NTU)，此时的微量油去除率为68.15％，剩余量约为0.248mg/L。因此，综合考虑到实际应用效率等方面的因素，本实验拟选择16min作为杂化絮凝剂处理该矿井水的最佳沉降时间。
底泥扫面电镜分析：
通过扫描电镜研究，可进一步了解煤矿矿井水经沉降后所产生底泥的表面微观形貌，进而分析煤粉自然沉降和经杂化絮凝剂絮凝沉降的区别，以助于探究絮凝作用的机理；
图4(a)、(b)分别为煤矿矿井水经铁基杂化絮凝剂絮凝沉降20min后所得底泥和自然沉降24h后所得底泥对应的不同放大倍数下SEM照片；
从图4中可以看出，经铁基杂化絮凝剂絮凝沉降后所得底泥(a)表面呈现出较为密实的絮状结构，细颗粒紧凑地结合在一起之后与较粗的颗粒交替存在，这种结构将有助于后续泥水分离工艺更高效地发挥作用；
而与之相对应的自然沉降所得底泥(b)表面则明显地呈现出疏松多孔的不规则结构，各粒度颗粒物之间较为分散地存在着，该状态下底泥中的煤粉等颗粒物极不稳定，易返回至水体中使水体重回浑浊状态；
由此可见，杂化絮凝剂的电中和作用和吸附架桥所产生的力的作用不可小觑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将醋酸铵溶液与铁盐溶液混合后得到氢氧化铁胶体；
(2)将部分丙烯酰胺、氢氧化铁胶体混匀后得到混合溶液；
(3)将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体、剩余丙烯酰胺混匀后进行反应，即得铁基杂化絮凝剂；
所述铁盐溶液的质量浓度为10~15％，所述醋酸铵溶液的质量浓度为15~25％，所述醋酸铵溶液与铁盐溶液的体积比为2~4：100；
所述醋酸铵溶液与铁盐溶液混合时的温度为室温；
所述铁盐、丙烯酰胺、引发剂和疏水性阳离子单体的质量比为24~26：68~74：0.4~0.6：35~46；
所述疏水性阳离子单体为甲基丙烯酰氧乙基二甲基十六烷基溴化铵。
2.根据权利要求1所述的一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)的反应温度为38~42℃，所述反应在氮气氛围下进行。
3.根据权利要求2所述的一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)是先将引发剂、混合溶液、疏水性阳离子单体混匀后反应50~70min，再加入剩余丙烯酰胺反应7~9h。
4.根据权利要求1所述的一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)加入的部分丙烯酰胺为丙烯酰胺总质量的45~55％。
5.根据权利要求4所述的一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)醋酸铵溶液滴至铁盐溶液中，滴加的速度为8~10s/滴。
6.根据权利要求1所述的一种铁基杂化絮凝剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种；所述引发剂为过硫酸钾和亚硫酸氢钠的混合物，其中过硫酸钾和亚硫酸氢钠的质量比为1：1.2~1.8。
7.权利要求1~6任一项所述的制备方法制备得到的铁基杂化絮凝剂。
8.权利要求7所述的铁基杂化絮凝剂在高浊、含油矿井水的预处理中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)调节矿井水水体pH值、温度；
(2)投加铁基杂化絮凝剂，进行搅拌；
所述步骤(1)调节pH值至5.5~8.5，调节温度至15~55℃；
所述步骤(2)铁基杂化絮凝剂的投加量为12~16mg/L；
所述搅拌为先进行快速搅拌后再进行慢速搅拌，所述快速搅拌的转速为340~360rpm，快速搅拌时间为80~120s，慢速搅拌的转速为85~95rpm，慢速搅拌的时间为290~320s。
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