圆形混凝‑絮凝反应池内壁病害水下可视化检测技术应用研究

摘要

混凝‑絮凝圆形反应池是废水处理物化段核心构筑物，池内长期处于pH 6.2‑7.5药剂腐蚀环境，混凝土内壁易出现麻面、裂缝、钢筋外露、局部渗漏、絮凝污泥板结附着等隐蔽病害。传统检测需要排空池水、人工下池检修，停水周期长、运维成本高，部分小型φ2.0‑3.0 m圆形反应池空间狭小，人工作业安全风险高。本文引入侧挂式水下高清成像探测系统，无需全排空池体，从池体一侧下放成像探头近距离扫描池壁全断面，开展内壁病害可视化检测；结合φ1.0‑15 m不同直径圆形反应池、2.5‑4.0 m主流有效水深工况，探究水下成像设备在PAC混凝、PAM絮凝水环境下成像清晰度、光照补偿、病害识别精度；建立圆形反应池内壁缺陷图像判读标准，对比排空人工检测结果验证成像检测可靠性。研究结果表明：侧挂近距水下成像方案可高效识别反应池内壁早期腐蚀裂缝、渗漏点位，为废水处理厂不停水开展反应池结构健康巡检提供新型技术路径。

关键词：混凝‑絮凝反应池；圆形反应池；水下成像检测；侧挂探头；池壁腐蚀渗漏；废水处理构筑物运维

1 引言

在工业废水、城镇污水处理工艺流程当中，混凝‑絮凝反应池作为物化处理阶段的关键构筑物，承担着投加聚合氯化铝、聚丙烯酰胺等药剂，使水体中悬浮污染物脱稳、絮凝沉降的重要功能。圆形反应池因其水力条件均匀、搅拌环流效果好、不易出现短流现象，被大量应用于中小型废水处理站、工业园区污水处理项目。池体结构大多采用钢筋混凝土现浇而成，长期浸泡在含絮凝药剂、重金属离子、有机质的废水当中，混凝土表层持续遭受水体腐蚀、水流冲刷、污泥附着侵蚀。

反应池内壁产生的病害大多隐蔽于水面以下，在病害发展初期，池壁外侧无明显渗漏痕迹，运维人员很难通过目视巡检发现水下微裂缝、表层剥蚀等隐患。当渗漏问题显现时，裂缝往往已经发展贯通，废水外泄极易造成地下水土污染，严重时会威胁整个池体结构安全。

现阶段国内污水处理厂对反应池水下病害检测，普遍采用放空池水、排水清淤、人工入池目视检查的传统模式。该作业方式存在诸多弊端：第一，排水放空需要暂停整套物化处理工段，废水处理系统被迫停产，对于连续生产型工业企业，停产将会造成巨大的经济损失；第二，池水放空、池壁晾干、污泥清理、人工检测、再注水调试，整个周期往往需要3‑7天，运维工期长、人力成本高；第三，直径φ2‑3m小型圆形反应池内部空间狭窄，池底深度较大，人工下池属于有限空间高危作业，中毒、缺氧、坠落风险较高。

随着水下光学成像检测装备技术不断成熟，不停水水下可视化检测技术逐步成为蓄水构筑物非排空巡检的重要方向。但是混凝‑絮凝池水体含有大量絮凝悬浮物，水体透光性下降，容易造成水下成像画面模糊，近距离侧扫成像工艺、病害图像判读标准还缺少系统的工程研究。基于以上工程痛点，本文采用侧挂式单目高清水下成像探测系统，针对圆形混凝‑絮凝反应池开展不停水可视化检测试验，研究水体环境对成像效果的影响，优化现场作业工艺，建立病害识别判定标准，为同类混凝土反应池不停产巡检提供技术参考。

2 检测设备与系统组成

2.1 侧挂式水下高清成像探测系统

本次检测所采用设备为电缆式单目水下高清成像探测系统，整套系统由井下成像探头、铠装传输电缆、地面绞车、主控终端四大部分组成。探头外壳选用耐腐蚀316L不锈钢材质，耐压等级满足水下0‑50m水深工况，内置高清CMOS图像传感器、环形可调功率水下补光灯、360°旋转云台。探头支持垂直下放、侧向贴近池壁近距离扫描拍摄，可实时传回池壁高清视频画面，同步抓拍病害位置高清照片。地面绞车配备深度编码器，可精准记录探头下放深度，实现病害点位深度定位。

侧挂近距测量方案，作业时探头距离混凝土池壁控制在0.3‑0.8m扫描距离，相比远距离拍摄，近距离成像能够大幅提升水下裂缝、麻面等微小病害识别精度，降低水中悬浮物对成像画面的干扰。

2.2 检测对象工况参数

本次研究选取三座不同规格圆形混凝‑絮凝反应池作为试验检测对象，池体基本参数如下：1#反应池直径φ2.0m，有效水深3.0m，运行pH值6.5‑7.2；2#反应池直径φ5.0m，有效水深3.5m，运行pH6.2‑7.5；3#反应池直径φ10m，有效水深4.0m。池内常年投加PAC、PAM絮凝药剂，水体存在一定量细小絮凝悬浮物，池壁底部存在少量絮凝污泥板结附着物。三座池体均为钢筋混凝土现浇结构，设计运行年限8‑12年。

3 现场检测作业工艺流程

3.1 检测前期准备工作

检测前收集反应池设计图纸、历史运维记录、往年放空检修病害档案，初步判断池壁高风险病害区域；检查水下成像设备探头、线缆、灯光、深度编码器各项功能是否正常；清理反应池井口周边障碍物，布设绞车支架与侧挂导向装置。检测全程无需排空池内水体，废水处理系统可保持正常运行，不需要停产停工。

3.2 侧挂近距扫描作业实施

将水下成像探头从反应池人孔位置下放至水面以下，通过侧挂导向支架，使探头侧向贴近池壁，控制探头下放速度≤0.15m/s，自上而下缓慢扫描池壁全断面；每下降0.5m暂停扫描，停留3‑5秒拍摄高清图像；完成一侧池壁扫描后，水平旋转探头，依次环绕扫描剩余池壁；池底位置放慢下放速度，重点检测池壁与池底交接位置、伸缩缝、预埋件周边等病害高发区域。主控终端实时录制全程视频，对疑似裂缝、剥落、渗漏痕迹点位进行标记，记录病害深度位置。

3.3 后期图像解析与病害判读

检测完成后导出水下视频与抓拍图像，开展图像解析工作。结合混凝土蓄水构筑物病害特征，建立圆形混凝‑絮凝反应池水下病害判读清单：①麻面：混凝土表层水泥浆脱落，骨料轻微外露；②裂缝：宽度≥0.2mm可视裂纹；③钢筋外露：混凝土保护层脱落，钢筋直接裸露；④渗漏痕迹：池壁位置出现水迹、水流紊动；⑤污泥板结：絮凝污泥长期附着池壁形成垢层。

4 检测结果与数据分析

三座反应池水下成像检测顺利完成，全程未放空池水，废水系统正常运行，检测作业总时长分别为2.5h、4h、6h。水下成像画面清晰可辨，PAC‑PAM絮凝水体当中，侧挂近距离扫描模式下，悬浮物对成像干扰得到有效控制，环形补光灯亮度可调，避免强光照射水体悬浮物产生反光眩光。

1#小型φ2.0m反应池：水下成像检测发现池壁水深2.1‑2.3m位置存在一条长度约1.2m横向微裂缝，混凝土表层出现局部麻面剥落；后期排空复核人工检查，病害位置、裂缝长度与水下成像检测结果全一致，病害识别准确率100%。

2#φ5.0m反应池：池底转角位置发现污泥板结附着区域，垢层下方隐约可见混凝土剥蚀痕迹，判定为高风险巡检点位，建议择机清淤复查；

3#φ10m大型反应池：池壁伸缩缝周边出现少量渗漏水流痕迹，及时定位渗漏点位，为后续伸缩缝修补提供精准位置依据。

对比传统排空检修模式，本次水下可视化检测工期大幅缩短，无需停产，避免了有限空间人工下池作业风险，检测成本降低60%以上。

5 技术优势与现存问题分析

5.1 侧挂水下成像不停水检测技术优势

（1）无需停产放空：混凝‑絮凝反应池可以保持正常运行，不影响全厂废水处理节奏，降低停产带来的经济损失；

（2）安全风险低：全程地面操控设备，人员不下入池内有限空间，消除缺氧、中毒安全隐患；

（3）检测速度快、成本低：小型反应池半天即可完成全部检测工作，运维人力、清淤排水费用大幅下降；

（4）病害定位精准：深度编码器记录病害水深位置，高清图像直观展示水下病害形态，为维修施工提供准确依据。

5.2 当前工况下存在的短板

当反应池水体悬浮物浓度高、水体浑浊严重时，水下光线衰减速度加快，远距离成像清晰度下降；但本次试验证明，采用**侧挂近距扫描方案，探头距离池壁0.3‑0.8m，可有效克服絮凝水体透光差带来的成像难题。**对于污泥板结厚层覆盖池壁的区域，成像设备只能看到垢层外表，垢层下方隐藏裂缝无法直接识别，需要后期结合清淤复查或者高频巡检跟踪监测。

6 工程应用对策与巡检方案建议

结合本次试验研究成果，针对圆形混凝‑絮凝反应池，提出一套常态化水下可视化巡检方案。新建池体建议每2‑3年开展一次水下成像巡检；运行超过8年、水质腐蚀性较强的老旧反应池，建议每年开展一次不停水水下成像检测；优先选用侧挂近距扫描作业工艺，检测重点关注池壁中下部、池底转角、伸缩缝、预埋件周边等病害高发部位；检测报告建立病害台账，对微裂缝、麻面剥落病害分级管理，跟踪病害发展趋势，做到早发现早维修，避免后期出现严重渗漏事故。

7 结论

本文将侧挂式单目水下高清成像探测系统应用于圆形混凝‑絮凝反应池不停水病害检测，经过三座不同规格反应池现场试验验证。该技术方案可以在pH6.2‑7.5、含PAC、PAM絮凝悬浮物的水环境条件下，有效识别池壁水下裂缝、麻面剥落、渗漏痕迹等隐蔽病害；侧挂近距扫描工艺能够降低水中絮凝悬浮物对成像画面的干扰，病害识别结果与排空人工复核结果一致性良好。水下可视化不停水检测技术解决了传统排空检修停产周期长、成本高、有限空间作业风险大等痛点，适合在各类圆形混凝‑絮凝反应池构筑物运维当中推广应用，为污水处理厂混凝土蓄水构筑物安全长效运维提供一条高效、安全、低成本的全新技术路径。