摘要

混凝?絮凝圓形反應池是廢水處理物化段核心構筑物，池內(nèi)長期處于pH?6.2?7.5藥劑腐蝕環(huán)境，混凝土內(nèi)壁易出現(xiàn)麻面、裂縫、鋼筋外露、局部滲漏、絮凝污泥板結附著等隱蔽病害。傳統(tǒng)檢測需要排空池水、人工下池檢修，停水周期長、運維成本高，部分小型φ2.0?3.0?m圓形反應池空間狹小，人工作業(yè)安全風險高。本文引入側(cè)掛式水下高清成像探測系統(tǒng)，無需全排空池體，從池體一側(cè)下放成像探頭近距離掃描池壁全斷面，開展內(nèi)壁病害可視化檢測；結合φ1.0?15?m不同直徑圓形反應池、2.5?4.0?m主流有效水深工況，探究水下成像設備在PAC混凝、PAM絮凝水環(huán)境下成像清晰度、光照補償、病害識別精度；建立圓形反應池內(nèi)壁缺陷圖像判讀標準，對比排空人工檢測結果驗證成像檢測可靠性。研究結果表明：側(cè)掛近距水下成像方案可高效識別反應池內(nèi)壁早期腐蝕裂縫、滲漏點位，為廢水處理廠不停水開展反應池結構健康巡檢提供新型技術路徑。

關鍵詞：混凝?絮凝反應池；圓形反應池；水下成像檢測；側(cè)掛探頭；池壁腐蝕滲漏；廢水處理構筑物運維

1 引言

在工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)污水處理工藝流程當中，混凝?絮凝反應池作為物化處理階段的關鍵構筑物，承擔著投加聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺等藥劑，使水體中懸浮污染物脫穩(wěn)、絮凝沉降的重要功能。圓形反應池因其水力條件均勻、攪拌環(huán)流效果好、不易出現(xiàn)短流現(xiàn)象，被大量應用于中小型廢水處理站、工業(yè)園區(qū)污水處理項目。池體結構大多采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆而成，長期浸泡在含絮凝藥劑、重金屬離子、有機質(zhì)的廢水當中，混凝土表層持續(xù)遭受水體腐蝕、水流沖刷、污泥附著侵蝕。

反應池內(nèi)壁產(chǎn)生的病害大多隱蔽于水面以下，在病害發(fā)展初期，池壁外側(cè)無明顯滲漏痕跡，運維人員很難通過目視巡檢發(fā)現(xiàn)水下微裂縫、表層剝蝕等隱患。當滲漏問題顯現(xiàn)時，裂縫往往已經(jīng)發(fā)展貫通，廢水外泄極易造成地下水土污染，嚴重時會威脅整個池體結構安全。

現(xiàn)階段國內(nèi)污水處理廠對反應池水下病害檢測，普遍采用放空池水、排水清淤、人工入池目視檢查的傳統(tǒng)模式。該作業(yè)方式存在諸多弊端：第一，排水放空需要暫停整套物化處理工段，廢水處理系統(tǒng)被迫停產(chǎn)，對于連續(xù)生產(chǎn)型工業(yè)企業(yè)，停產(chǎn)將會造成巨大的經(jīng)濟損失；第二，池水放空、池壁晾干、污泥清理、人工檢測、再注水調(diào)試，整個周期往往需要3?7天，運維工期長、人力成本高；第三，直徑φ2?3m小型圓形反應池內(nèi)部空間狹窄，池底深度較大，人工下池屬于有限空間高危作業(yè)，中毒、缺氧、墜落風險較高。

隨著水下光學成像檢測裝備技術不斷成熟，不停水水下可視化檢測技術逐步成為蓄水構筑物非排空巡檢的重要方向。但是混凝?絮凝池水體含有大量絮凝懸浮物，水體透光性下降，容易造成水下成像畫面模糊，近距離側(cè)掃成像工藝、病害圖像判讀標準還缺少系統(tǒng)的工程研究?；谝陨瞎こ掏袋c，本文采用側(cè)掛式單目高清水下成像探測系統(tǒng)，針對圓形混凝?絮凝反應池開展不停水可視化檢測試驗，研究水體環(huán)境對成像效果的影響，優(yōu)化現(xiàn)場作業(yè)工藝，建立病害識別判定標準，為同類混凝土反應池不停產(chǎn)巡檢提供技術參考。

2 檢測設備與系統(tǒng)組成

2.1 側(cè)掛式水下高清成像探測系統(tǒng)

本次檢測所采用設備為電纜式單目水下高清成像探測系統(tǒng)，整套系統(tǒng)由井下成像探頭、鎧裝傳輸電纜、地面絞車、主控終端四大部分組成。探頭外殼選用耐腐蝕316L不銹鋼材質(zhì)，耐壓等級滿足水下0?50m水深工況，內(nèi)置高清CMOS圖像傳感器、環(huán)形可調(diào)功率水下補光燈、360°旋轉(zhuǎn)云臺。探頭支持垂直下放、側(cè)向貼近池壁近距離掃描拍攝，可實時傳回池壁高清視頻畫面，同步抓拍病害位置高清照片。地面絞車配備深度編碼器，可精準記錄探頭下放深度，實現(xiàn)病害點位深度定位。

側(cè)掛近距測量方案，作業(yè)時探頭距離混凝土池壁控制在0.3?0.8m掃描距離，相比遠距離拍攝，近距離成像能夠大幅提升水下裂縫、麻面等微小病害識別精度，降低水中懸浮物對成像畫面的干擾。

2.2 檢測對象工況參數(shù)

本次研究選取三座不同規(guī)格圓形混凝?絮凝反應池作為試驗檢測對象，池體基本參數(shù)如下：1#反應池直徑φ2.0m，有效水深3.0m，運行pH值6.5?7.2；2#反應池直徑φ5.0m，有效水深3.5m，運行pH6.2?7.5；3#反應池直徑φ10m，有效水深4.0m。池內(nèi)常年投加PAC、PAM絮凝藥劑，水體存在一定量細小絮凝懸浮物，池壁底部存在少量絮凝污泥板結附著物。三座池體均為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，設計運行年限8?12年。

3 現(xiàn)場檢測作業(yè)工藝流程

3.1 檢測前期準備工作

檢測前收集反應池設計圖紙、歷史運維記錄、往年放空檢修病害檔案，初步判斷池壁高風險病害區(qū)域；檢查水下成像設備探頭、線纜、燈光、深度編碼器各項功能是否正常；清理反應池井口周邊障礙物，布設絞車支架與側(cè)掛導向裝置。檢測全程無需排空池內(nèi)水體，廢水處理系統(tǒng)可保持正常運行，不需要停產(chǎn)停工。

3.2 側(cè)掛近距掃描作業(yè)實施

將水下成像探頭從反應池人孔位置下放至水面以下，通過側(cè)掛導向支架，使探頭側(cè)向貼近池壁，控制探頭下放速度≤0.15m/s，自上而下緩慢掃描池壁全斷面；每下降0.5m暫停掃描，停留3?5秒拍攝高清圖像；完成一側(cè)池壁掃描后，水平旋轉(zhuǎn)探頭，依次環(huán)繞掃描剩余池壁；池底位置放慢下放速度，重點檢測池壁與池底交接位置、伸縮縫、預埋件周邊等病害高發(fā)區(qū)域。主控終端實時錄制全程視頻，對疑似裂縫、剝落、滲漏痕跡點位進行標記，記錄病害深度位置。

3.3 后期圖像解析與病害判讀

檢測完成后導出水下視頻與抓拍圖像，開展圖像解析工作。結合混凝土蓄水構筑物病害特征，建立圓形混凝?絮凝反應池水下病害判讀清單：①麻面：混凝土表層水泥漿脫落，骨料輕微外露；②裂縫：寬度≥0.2mm可視裂紋；③鋼筋外露：混凝土保護層脫落，鋼筋直接裸露；④滲漏痕跡：池壁位置出現(xiàn)水跡、水流紊動；⑤污泥板結：絮凝污泥長期附著池壁形成垢層。

4 檢測結果與數(shù)據(jù)分析

三座反應池水下成像檢測順利完成，全程未放空池水，廢水系統(tǒng)正常運行，檢測作業(yè)總時長分別為2.5h、4h、6h。水下成像畫面清晰可辨，PAC?PAM絮凝水體當中，側(cè)掛近距離掃描模式下，懸浮物對成像干擾得到有效控制，環(huán)形補光燈亮度可調(diào)，避免強光照射水體懸浮物產(chǎn)生反光眩光。

1#小型φ2.0m反應池：水下成像檢測發(fā)現(xiàn)池壁水深2.1?2.3m位置存在一條長度約1.2m橫向微裂縫，混凝土表層出現(xiàn)局部麻面剝落；后期排空復核人工檢查，病害位置、裂縫長度與水下成像檢測結果全一致，病害識別準確率100%。

2#φ5.0m反應池：池底轉(zhuǎn)角位置發(fā)現(xiàn)污泥板結附著區(qū)域，垢層下方隱約可見混凝土剝蝕痕跡，判定為高風險巡檢點位，建議擇機清淤復查；

3#φ10m大型反應池：池壁伸縮縫周邊出現(xiàn)少量滲漏水流痕跡，及時定位滲漏點位，為后續(xù)伸縮縫修補提供精準位置依據(jù)。

對比傳統(tǒng)排空檢修模式，本次水下可視化檢測工期大幅縮短，無需停產(chǎn)，避免了有限空間人工下池作業(yè)風險，檢測成本降低60%以上。

5 技術優(yōu)勢與現(xiàn)存問題分析

5.1 側(cè)掛水下成像不停水檢測技術優(yōu)勢

（1）無需停產(chǎn)放空：混凝?絮凝反應池可以保持正常運行，不影響全廠廢水處理節(jié)奏，降低停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失；

（2）安全風險低：全程地面操控設備，人員不下入池內(nèi)有限空間，消除缺氧、中毒安全隱患；

（3）檢測速度快、成本低：小型反應池半天即可完成全部檢測工作，運維人力、清淤排水費用大幅下降；

（4）病害定位精準：深度編碼器記錄病害水深位置，高清圖像直觀展示水下病害形態(tài)，為維修施工提供準確依據(jù)。

5.2 當前工況下存在的短板

當反應池水體懸浮物濃度高、水體渾濁嚴重時，水下光線衰減速度加快，遠距離成像清晰度下降；但本次試驗證明，采用**側(cè)掛近距掃描方案，探頭距離池壁0.3?0.8m，可有效克服絮凝水體透光差帶來的成像難題。**對于污泥板結厚層覆蓋池壁的區(qū)域，成像設備只能看到垢層外表，垢層下方隱藏裂縫無法直接識別，需要后期結合清淤復查或者高頻巡檢跟蹤監(jiān)測。

6 工程應用對策與巡檢方案建議

結合本次試驗研究成果，針對圓形混凝?絮凝反應池，提出一套常態(tài)化水下可視化巡檢方案。新建池體建議每2?3年開展一次水下成像巡檢；運行超過8年、水質(zhì)腐蝕性較強的老舊反應池，建議每年開展一次不停水水下成像檢測；優(yōu)先選用側(cè)掛近距掃描作業(yè)工藝，檢測重點關注池壁中下部、池底轉(zhuǎn)角、伸縮縫、預埋件周邊等病害高發(fā)部位；檢測報告建立病害臺賬，對微裂縫、麻面剝落病害分級管理，跟蹤病害發(fā)展趨勢，做到早發(fā)現(xiàn)早維修，避免后期出現(xiàn)嚴重滲漏事故。

7 結論

本文將側(cè)掛式單目水下高清成像探測系統(tǒng)應用于圓形混凝?絮凝反應池不停水病害檢測，經(jīng)過三座不同規(guī)格反應池現(xiàn)場試驗驗證。該技術方案可以在pH6.2?7.5、含PAC、PAM絮凝懸浮物的水環(huán)境條件下，有效識別池壁水下裂縫、麻面剝落、滲漏痕跡等隱蔽病害；側(cè)掛近距掃描工藝能夠降低水中絮凝懸浮物對成像畫面的干擾，病害識別結果與排空人工復核結果一致性良好。水下可視化不停水檢測技術解決了傳統(tǒng)排空檢修停產(chǎn)周期長、成本高、有限空間作業(yè)風險大等痛點，適合在各類圓形混凝?絮凝反應池構筑物運維當中推廣應用，為污水處理廠混凝土蓄水構筑物安全長效運維提供一條高效、安全、低成本的全新技術路徑。