摘要

芬頓氧化反應(yīng)池運(yùn)行pH嚴(yán)格控制在2.5?3.5強(qiáng)酸性區(qū)間，長(zhǎng)期酸性腐蝕極易造成混凝土內(nèi)壁表層剝蝕、骨料裸露、防腐層脫落，一旦池壁滲漏，強(qiáng)酸性廢水外泄將引發(fā)嚴(yán)重環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。由于池內(nèi)水體強(qiáng)腐蝕性，檢修人員不能直接入水探查，排空清洗后檢測(cè)耗時(shí)耗力。本文以水下雙目成像探測(cè)系統(tǒng)為檢測(cè)載體，分析芬頓池φ3?7?m中小型圓形池、有效水深2.5?4.0?m、超高0.5?0.8?m的結(jié)構(gòu)參數(shù)；研究酸性水體渾濁度、氣泡、藥劑懸浮物對(duì)水下光學(xué)成像干擾問(wèn)題；優(yōu)化探頭照明功率、成像增益、近距側(cè)掃作業(yè)工藝；開展現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)防腐層破損、深層裂縫點(diǎn)位進(jìn)行三維定位。結(jié)果證明優(yōu)化后的水下成像方案可在不清空芬頓池條件下完成池壁病害排查，為高腐蝕廢水反應(yīng)池非排空檢測(cè)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：芬頓氧化反應(yīng)池；強(qiáng)酸性廢水；水下雙目成像；混凝土腐蝕；池體滲漏檢測(cè)；廢水構(gòu)筑物安全運(yùn)維

1 引言

芬頓氧化工藝作為高級(jí)氧化技術(shù)，廣泛應(yīng)用于難降解工業(yè)廢水、化工尾水、垃圾滲濾液等高濃度有機(jī)廢水處理。芬頓反應(yīng)依靠硫酸亞鐵與雙氧水產(chǎn)生羥基自由基氧化分解水中難降解有機(jī)物，反應(yīng)過(guò)程水體必須維持強(qiáng)酸性環(huán)境，運(yùn)行pH穩(wěn)定控制在2.5?3.5。芬頓氧化反應(yīng)池多采用鋼筋混凝土澆筑而成，內(nèi)壁涂刷環(huán)氧樹脂等防腐涂層抵御酸性廢水腐蝕。

在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，雙氧水分解產(chǎn)生大量微小氣泡，水體藥劑懸浮物含量高；強(qiáng)酸性廢水持續(xù)侵蝕混凝土防腐層，防腐涂層出現(xiàn)破損脫落之后，酸性水體直接接觸混凝土本體，水泥水化產(chǎn)物被酸腐蝕溶解，池壁表層快速剝蝕、骨料裸露，逐步發(fā)展形成水下隱蔽裂縫。一旦池壁發(fā)生滲漏，強(qiáng)酸性廢水滲入地下，將會(huì)腐蝕地下管網(wǎng)、污染土壤與地下水，引發(fā)重大環(huán)境安全事故。

芬頓池水下病害檢測(cè)一直是污水處理運(yùn)維當(dāng)中一大難題。一方面，池內(nèi)強(qiáng)酸性廢水具有腐蝕性，檢修人員絕對(duì)不能直接進(jìn)入池水當(dāng)中探查池壁病害；另一方面，如果采用排空池水檢測(cè)，需要先停止芬頓氧化工段、排空強(qiáng)酸性廢水、對(duì)池體進(jìn)行反復(fù)中和清洗，消除池內(nèi)酸性殘留之后人員才能下池檢查。整套排空檢修流程復(fù)雜，廢水系統(tǒng)停產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，酸性廢水轉(zhuǎn)運(yùn)、中和處理成本高昂；并且排空之后，池壁濕潤(rùn)滲漏痕跡隨著池水放空而消失，部分微小滲漏點(diǎn)位放空后反而難以被發(fā)現(xiàn)，造成病害漏檢。

近幾年水下雙目立體成像檢測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，雙目成像不僅可以獲取池壁高清圖像，還能夠通過(guò)立體視覺測(cè)量病害裂縫寬度、剝落面積，實(shí)現(xiàn)病害三維定位。但是芬頓池特殊水環(huán)境，強(qiáng)酸性水體、大量微小氣泡、藥劑懸浮物，都會(huì)對(duì)水下光學(xué)成像造成干擾，畫面容易出現(xiàn)模糊、反光、氣泡遮擋等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于芬頓氧化池不停水水下成像檢測(cè)的適應(yīng)性研究較少，缺少成熟的作業(yè)工藝方案?；诖?，本文選用雙目水下成像探測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)φ3?7m中小型圓形芬頓反應(yīng)池開展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，優(yōu)化成像設(shè)備參數(shù)與側(cè)掛近距掃描工藝，探究該技術(shù)在強(qiáng)酸性工況下的適應(yīng)性，為高腐蝕廢水反應(yīng)池不停水檢測(cè)提供技術(shù)方案。

2 試驗(yàn)設(shè)備與芬頓池工況條件

2.1 雙目水下成像探測(cè)系統(tǒng)

本次檢測(cè)設(shè)備選用電纜式雙目高清水下成像探測(cè)系統(tǒng)，探頭外殼采用耐強(qiáng)酸腐蝕316L不銹鋼殼體，最高耐壓50m水深；搭載雙高清攝像模組，可同步采集兩幅圖像，通過(guò)雙目立體視覺算法計(jì)算目標(biāo)距離，實(shí)現(xiàn)裂縫寬度測(cè)量、病害三維坐標(biāo)定位；配備多檔位可調(diào)環(huán)形LED補(bǔ)光燈，支持燈光亮度遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)；探頭搭載360°旋轉(zhuǎn)云臺(tái)；地面配備鎧裝絞車、深度編碼器、主控終端，側(cè)掛支架可實(shí)現(xiàn)探頭貼近池壁0.4?0.9m近距離掃描。雙目成像相比單目成像優(yōu)勢(shì)，可定量測(cè)量水下病害尺寸，不再依靠人工經(jīng)驗(yàn)定性判斷病害嚴(yán)重程度。

2.2 芬頓反應(yīng)池工況參數(shù)

選取兩座工業(yè)廢水項(xiàng)目芬頓氧化圓形反應(yīng)池開展試驗(yàn)研究：1#芬頓池直徑φ3.0m，有效水深2.5m，超高0.5m，運(yùn)行pH值2.6?3.3；2#芬頓池直徑φ7.0m，有效水深4.0m，超高0.8m，運(yùn)行pH2.5?3.5。兩座池體混凝土內(nèi)壁均涂刷環(huán)氧樹脂防腐層，已投入運(yùn)行6?9年。池內(nèi)雙氧水分解持續(xù)產(chǎn)生大量微小氣泡，水體含有鐵泥懸浮物，水體透光性較差，屬于典型高干擾水下成像工況。

3 強(qiáng)酸性水環(huán)境成像干擾因素分析

結(jié)合芬頓池水體特征，總結(jié)三大水下光學(xué)成像干擾源：

第一，微小氣泡干擾：芬頓反應(yīng)雙氧水分解，水體遍布大量微米級(jí)氣泡，氣泡漂浮在水中，燈光照射后形成強(qiáng)烈反光光斑，遮擋池壁圖像，造成畫面霧化模糊；

第二，鐵泥藥劑懸浮物：反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀物懸浮于水體當(dāng)中，水體渾濁度上升，光線在水體當(dāng)中衰減速度加快，遠(yuǎn)距離拍攝成像清晰度大幅下降；

第三，防腐層反光干擾：完好光滑的環(huán)氧樹脂防腐層屬于高反光平面，水下燈光直射時(shí)容易出現(xiàn)鏡面反光，掩蓋防腐層細(xì)微破損裂紋。

針對(duì)以上干擾，本次試驗(yàn)從設(shè)備參數(shù)、作業(yè)工藝兩個(gè)維度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。設(shè)備端降低補(bǔ)光燈直射亮度，開啟成像增益降噪模式；工藝層面采用側(cè)掛近距掃描方案，探頭側(cè)向平行池壁，燈光斜向照射池壁，避免燈光垂直打光造成防腐層鏡面反光；掃描時(shí)避開芬頓強(qiáng)曝氣反應(yīng)高峰期，選擇曝氣間歇階段開展成像拍攝，減少水中氣泡數(shù)量，提升成像畫面質(zhì)量。

4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)流程

（1）前期準(zhǔn)備：收集芬頓池圖紙、防腐施工檔案、過(guò)往腐蝕滲漏記錄；調(diào)試雙目水下成像設(shè)備，檢查探頭耐水密封性能；搭建井口絞車與側(cè)掛導(dǎo)向支架。檢測(cè)作業(yè)全程不清空酸性池水，芬頓氧化系統(tǒng)可維持低負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行。

（2）錯(cuò)峰作業(yè)：避開雙氧水投加后0?60min氣泡高峰期，選擇曝氣間歇時(shí)段下放探頭；探頭通過(guò)人孔下放至水面以下，側(cè)掛導(dǎo)向裝置將探頭調(diào)整至距離池壁0.4?0.9m近距掃描位置；探頭自上而下緩慢移動(dòng)，下放速度控制0.1?0.15m/s，依次環(huán)繞掃描整個(gè)池壁；對(duì)防腐層、池壁轉(zhuǎn)角、池底接縫、進(jìn)出水口周邊區(qū)域重點(diǎn)掃描拍攝。雙目系統(tǒng)同步記錄深度數(shù)據(jù)、圖像信息，標(biāo)記疑似病害點(diǎn)位。

（3）病害解析與三維測(cè)量：檢測(cè)結(jié)束導(dǎo)出雙目圖像數(shù)據(jù)，利用立體視覺算法對(duì)防腐層破損、裂縫病害開展寬度測(cè)量，確定病害三維空間位置；區(qū)分防腐層輕微劃痕、防腐層脫落、混凝土剝蝕、滲漏裂縫不同病害等級(jí)，形成檢測(cè)成果報(bào)告。

5 檢測(cè)結(jié)果分析

兩座芬頓氧化反應(yīng)池順利完成不停水雙目成像檢測(cè)，檢測(cè)作業(yè)未影響廢水工段正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)優(yōu)化燈光參數(shù)、錯(cuò)峰間歇掃描、側(cè)掛近距拍攝之后，水中氣泡、懸浮物對(duì)成像的干擾得到有效控制，池壁防腐層圖像清晰可辨。

1#φ3.0m小型芬頓池：檢測(cè)發(fā)現(xiàn)水深1.6?1.9m位置，防腐層出現(xiàn)一塊面積約0.32㎡脫落區(qū)域，混凝土表層已經(jīng)出現(xiàn)輕微酸蝕剝蝕，雙目成像測(cè)量剝落尺寸與后期放空復(fù)核測(cè)量數(shù)據(jù)誤差小于5%；及時(shí)定位腐蝕病害，為防腐修補(bǔ)精準(zhǔn)定點(diǎn)。

2#φ7.0m芬頓池：池壁下部發(fā)現(xiàn)一條長(zhǎng)度1.8m斜向裂縫，裂縫位置伴有微弱水流滲漏痕跡；雙目成像精準(zhǔn)定位病害三維坐標(biāo)，判定裂縫已經(jīng)穿透防腐層，屬于重大安全隱患，立即安排停產(chǎn)維修。

本次不停水檢測(cè)成功識(shí)別兩處高風(fēng)險(xiǎn)腐蝕病害，相比于傳統(tǒng)排空檢修，節(jié)約中和清洗、廢水轉(zhuǎn)運(yùn)大量成本，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)；同時(shí)水下成像可以捕捉放空之后容易消失的滲漏水流痕跡，病害檢出效果優(yōu)于放空目視檢查。

6 技術(shù)適應(yīng)性評(píng)價(jià)與優(yōu)化對(duì)策

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，雙目水下成像檢測(cè)技術(shù)在φ3?7m、水深2.5?4.0m的芬頓圓形反應(yīng)池具備良好適應(yīng)性；但是該技術(shù)也存在一定適用邊界：當(dāng)芬頓池雙氧水投加量高、水體氣泡濃度過(guò)大，即使間歇拍攝，成像畫面依舊會(huì)受到氣泡遮擋；應(yīng)對(duì)對(duì)策：可適當(dāng)延長(zhǎng)曝氣間歇靜置時(shí)間，待水體氣泡上浮消散后再拍攝；針對(duì)鐵泥懸浮物濃度高的工況，必須嚴(yán)格采用側(cè)掛近距掃描方案，探頭與池壁距離不宜大于1m，距離過(guò)遠(yuǎn)成像清晰度將大幅下降。

探頭硬件長(zhǎng)期接觸酸性水汽，每次檢測(cè)完成之后，必須使用清水底沖洗探頭外殼，防止酸性藥劑殘留腐蝕不銹鋼殼體，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

7 運(yùn)維巡檢建議與結(jié)論

對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的芬頓氧化反應(yīng)池，建議建立年度不停水雙目水下成像巡檢制度，優(yōu)先選擇曝氣間歇時(shí)段、采用側(cè)掛近距成像工藝開展檢測(cè)；利用雙目立體測(cè)量功能定量評(píng)估防腐層破損、混凝土腐蝕病害嚴(yán)重程度，實(shí)現(xiàn)腐蝕病害早預(yù)警、早修復(fù)，避免強(qiáng)酸性廢水滲漏事故發(fā)生。

綜合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果可得出結(jié)論：經(jīng)過(guò)燈光、成像工藝優(yōu)化后的水下雙目成像探測(cè)系統(tǒng)，能夠在不清空池水的條件下，完成芬頓氧化反應(yīng)池池壁防腐層破損、混凝土剝蝕、水下裂縫滲漏病害排查；側(cè)掛近距掃描方案可有效降低強(qiáng)酸性水體氣泡、懸浮物、防腐反光帶來(lái)的成像干擾，病害三維定位測(cè)量精度滿足工程運(yùn)維要求。該檢測(cè)方案克服了芬頓池排空檢修停產(chǎn)成本高、酸性廢水處置難、放空滲漏痕跡消失漏檢等痛點(diǎn)，為高腐蝕廢水混凝土反應(yīng)池不停水安全檢測(cè)提供了一條可行的新技術(shù)路徑，在化工、垃圾滲濾液等高難度廢水處理項(xiàng)目當(dāng)中具備廣闊推廣前景。