芬顿氧化反应池强酸性工况下混凝土池壁水下成像检测适应性研究

摘要

芬顿氧化反应池运行pH严格控制在2.5‑3.5强酸性区间，长期酸性腐蚀极易造成混凝土内壁表层剥蚀、骨料裸露、防腐层脱落，一旦池壁渗漏，强酸性废水外泄将引发严重环境风险。由于池内水体强腐蚀性，检修人员不能直接入水探查，排空清洗后检测耗时耗力。本文以水下双目成像探测系统为检测载体，分析芬顿池φ3‑7 m中小型圆形池、有效水深2.5‑4.0 m、超高0.5‑0.8 m的结构参数；研究酸性水体浑浊度、气泡、药剂悬浮物对水下光学成像干扰问题；优化探头照明功率、成像增益、近距侧扫作业工艺；开展现场对比试验，对防腐层破损、深层裂缝点位进行三维定位。结果证明优化后的水下成像方案可在不清空芬顿池条件下完成池壁病害排查，为高腐蚀废水反应池非排空检测提供技术参考。

关键词：芬顿氧化反应池；强酸性废水；水下双目成像；混凝土腐蚀；池体渗漏检测；废水构筑物安全运维

1 引言

芬顿氧化工艺作为高级氧化技术，广泛应用于难降解工业废水、化工尾水、垃圾渗滤液等高浓度有机废水处理。芬顿反应依靠亚铁与双氧水产生羟基自由基氧化分解水中难降解有机物，反应过程水体必须维持强酸性环境，运行pH稳定控制在2.5‑3.5。芬顿氧化反应池多采用钢筋混凝土浇筑而成，内壁涂刷环氧树脂等防腐涂层抵御酸性废水腐蚀。

在长期运行过程中，双氧水分解产生大量微小气泡，水体药剂悬浮物含量高；强酸性废水持续侵蚀混凝土防腐层，防腐涂层出现破损脱落之后，酸性水体直接接触混凝土本体，水泥水化产物被酸腐蚀溶解，池壁表层快速剥蚀、骨料裸露，逐步发展形成水下隐蔽裂缝。一旦池壁发生渗漏，强酸性废水渗入地下，将会腐蚀地下管网、污染土壤与地下水，引发重大环境安全事故。

芬顿池水下病害检测一直是污水处理运维当中一大难题。一方面，池内强酸性废水具有腐蚀性，检修人员绝对不能直接进入池水当中探查池壁病害；另一方面，如果采用排空池水检测，需要先停止芬顿氧化工段、排空强酸性废水、对池体进行反复中和清洗，消除池内酸性残留之后人员才能下池检查。整套排空检修流程复杂，废水系统停产时间长，酸性废水转运、中和处理成本高昂；并且排空之后，池壁湿润渗漏痕迹随着池水放空而消失，部分微小渗漏点位放空后反而难以被发现，造成病害漏检。

近几年水下双目立体成像检测技术快速发展，双目成像不仅可以获取池壁高清图像，还能够通过立体视觉测量病害裂缝宽度、剥落面积，实现病害三维定位。但是芬顿池特殊水环境，强酸性水体、大量微小气泡、药剂悬浮物，都会对水下光学成像造成干扰，画面容易出现模糊、反光、气泡遮挡等问题。目前国内对于芬顿氧化池不停水水下成像检测的适应性研究较少，缺少成熟的作业工艺方案。基于此，本文选用双目水下成像探测系统，针对φ3‑7m中小型圆形芬顿反应池开展现场检测试验，优化成像设备参数与侧挂近距扫描工艺，探究该技术在强酸性工况下的适应性，为高腐蚀废水反应池不停水检测提供技术方案。

2 试验设备与芬顿池工况条件

2.1 双目水下成像探测系统

本次检测设备选用电缆式双目高清水下成像探测系统，探头外壳采用耐强酸腐蚀316L不锈钢壳体，最高耐压50m水深；搭载双高清摄像模组，可同步采集两幅图像，通过双目立体视觉算法计算目标距离，实现裂缝宽度测量、病害三维坐标定位；配备多档位可调环形LED补光灯，支持灯光亮度远程调节；探头搭载360°旋转云台；地面配备铠装绞车、深度编码器、主控终端，侧挂支架可实现探头贴近池壁0.4‑0.9m近距离扫描。双目成像相比单目成像优势，可定量测量水下病害尺寸，不再依靠人工经验定性判断病害严重程度。

2.2 芬顿反应池工况参数

选取两座工业废水项目芬顿氧化圆形反应池开展试验研究：1#芬顿池直径φ3.0m，有效水深2.5m，超高0.5m，运行pH值2.6‑3.3；2#芬顿池直径φ7.0m，有效水深4.0m，超高0.8m，运行pH2.5‑3.5。两座池体混凝土内壁均涂刷环氧树脂防腐层，已投入运行6‑9年。池内双氧水分解持续产生大量微小气泡，水体含有铁泥悬浮物，水体透光性较差，属于典型高干扰水下成像工况。

3 强酸性水环境成像干扰因素分析

结合芬顿池水体特征，总结三大水下光学成像干扰源：

第一，微小气泡干扰：芬顿反应双氧水分解，水体遍布大量微米级气泡，气泡漂浮在水中，灯光照射后形成强烈反光光斑，遮挡池壁图像，造成画面雾化模糊；

第二，铁泥药剂悬浮物：反应生成氢氧化铁沉淀物悬浮于水体当中，水体浑浊度上升，光线在水体当中衰减速度加快，远距离拍摄成像清晰度大幅下降；

第三，防腐层反光干扰：完好光滑的环氧树脂防腐层属于高反光平面，水下灯光直射时容易出现镜面反光，掩盖防腐层细微破损裂纹。

针对以上干扰，本次试验从设备参数、作业工艺两个维度进行优化调整。设备端降低补光灯直射亮度，开启成像增益降噪模式；工艺层面采用侧挂近距扫描方案，探头侧向平行池壁，灯光斜向照射池壁，避免灯光垂直打光造成防腐层镜面反光；扫描时避开芬顿强曝气反应高峰期，选择曝气间歇阶段开展成像拍摄，减少水中气泡数量，提升成像画面质量。

4 现场检测作业流程

（1）前期准备：收集芬顿池图纸、防腐施工档案、过往腐蚀渗漏记录；调试双目水下成像设备，检查探头耐水密封性能；搭建井口绞车与侧挂导向支架。检测作业全程不清空酸性池水，芬顿氧化系统可维持低负荷连续运行。

（2）错峰作业：避开双氧水投加后0‑60min气泡高峰期，选择曝气间歇时段下放探头；探头通过人孔下放至水面以下，侧挂导向装置将探头调整至距离池壁0.4‑0.9m近距扫描位置；探头自上而下缓慢移动，下放速度控制0.1‑0.15m/s，依次环绕扫描整个池壁；对防腐层、池壁转角、池底接缝、进出水口周边区域重点扫描拍摄。双目系统同步记录深度数据、图像信息，标记疑似病害点位。

（3）病害解析与三维测量：检测结束导出双目图像数据，利用立体视觉算法对防腐层破损、裂缝病害开展宽度测量，确定病害三维空间位置；区分防腐层轻微划痕、防腐层脱落、混凝土剥蚀、渗漏裂缝不同病害等级，形成检测成果报告。

5 检测结果分析

两座芬顿氧化反应池顺利完成不停水双目成像检测，检测作业未影响废水工段正常运行。经过优化灯光参数、错峰间歇扫描、侧挂近距拍摄之后，水中气泡、悬浮物对成像的干扰得到有效控制，池壁防腐层图像清晰可辨。

1#φ3.0m小型芬顿池：检测发现水深1.6‑1.9m位置，防腐层出现一块面积约0.32㎡脱落区域，混凝土表层已经出现轻微酸蚀剥蚀，双目成像测量剥落尺寸与后期放空复核测量数据误差小于5%；及时定位腐蚀病害，为防腐修补精准定点。

2#φ7.0m芬顿池：池壁下部发现一条长度1.8m斜向裂缝，裂缝位置伴有微弱水流渗漏痕迹；双目成像精准定位病害三维坐标，判定裂缝已经穿透防腐层，属于重大安全隐患，立即安排停产维修。

本次不停水检测成功识别两处高风险腐蚀病害，相比于传统排空检修，节约中和清洗、废水转运大量成本，无需长时间停产；同时水下成像可以捕捉放空之后容易消失的渗漏水流痕迹，病害检出效果优于放空目视检查。

6 技术适应性评价与优化对策

经过现场试验证明，双目水下成像检测技术在φ3‑7m、水深2.5‑4.0m的芬顿圆形反应池具备良好适应性；但是该技术也存在一定适用边界：当芬顿池双氧水投加量高、水体气泡浓度过大，即使间歇拍摄，成像画面依旧会受到气泡遮挡；应对对策：可适当延长曝气间歇静置时间，待水体气泡上浮消散后再拍摄；针对铁泥悬浮物浓度高的工况，必须严格采用侧挂近距扫描方案，探头与池壁距离不宜大于1m，距离过远成像清晰度将大幅下降。

探头硬件长期接触酸性水汽，每次检测完成之后，必须使用清水底冲洗探头外壳，防止酸性药剂残留腐蚀不锈钢壳体，延长设备使用寿命。

7 运维巡检建议与结论

对于长期运行的芬顿氧化反应池，建议建立年度不停水双目水下成像巡检制度，优先选择曝气间歇时段、采用侧挂近距成像工艺开展检测；利用双目立体测量功能定量评估防腐层破损、混凝土腐蚀病害严重程度，实现腐蚀病害早预警、早修复，避免强酸性废水渗漏事故发生。

综合现场试验结果可得出结论：经过灯光、成像工艺优化后的水下双目成像探测系统，能够在不清空池水的条件下，完成芬顿氧化反应池池壁防腐层破损、混凝土剥蚀、水下裂缝渗漏病害排查；侧挂近距扫描方案可有效降低强酸性水体气泡、悬浮物、防腐反光带来的成像干扰，病害三维定位测量精度满足工程运维要求。该检测方案克服了芬顿池排空检修停产成本高、酸性废水处置难、放空渗漏痕迹消失漏检等痛点，为高腐蚀废水混凝土反应池不停水安全检测提供了一条可行的新技术路径，在化工、垃圾渗滤液等高难度废水处理项目当中具备广阔推广前景。