除氟除磷化学沉淀圆形反应池水下成像检测技术应用研究

【资料简介】

除氟除磷化学沉淀圆形反应池水下成像检测技术应用研究

摘要

饮用水除氟、除磷化学沉淀反应池运行pH 7.0‑8.0，投加PAC、氯化钙等药剂生成大量氟化物、磷酸盐沉淀物，污泥垢层极易附着池壁，掩盖水下早期腐蚀裂缝病害；圆形反应池直径φ2‑7 m，有效水深3.0‑4.0 m。传统排空检修清池成本高、水厂供水被迫中断。本文利用侧挂近距高清水下成像探测系统开展不停水可视化检测；分析氟‑磷沉淀物污泥垢层对成像识别的遮挡影响；探究垢层厚度与图像识别精度之间的关系；建立“成像巡检‑垢层风险预判‑跟踪复查”病害研判方法；制定除氟除磷沉淀池周期性水下成像巡检方案，实现水下渗漏隐患早发现、早处置，保障饮用水处理构筑物运行安全。

关键词：除氟除磷反应池；化学沉淀污泥；水下成像检测；污泥结垢遮挡；不停水巡检；饮用水构筑物运维

1 引言

地下水氟超标、水体总磷超标是水环境治理当中常见问题。化学沉淀法是饮用水除氟、污水深度除磷最主流工艺。通过投加氯化钙、聚合氯化铝等药剂，调节水体pH 7.0‑8.0，使水中氟离子、磷酸根离子生成难溶性沉淀物，在圆形沉淀反应池当中完成泥水分离。

除氟、除磷沉淀反应池多为钢筋混凝土圆形池体，直径φ2‑7 m，有效水深3.0‑4.0 m。在长期运行过程当中，钙‑氟、钙‑磷沉淀物非常容易沉积黏附在池壁水下表面，逐步形成一层坚硬的污泥垢壳。垢层覆盖在混凝土池壁表面之后，池壁水下产生的早期微裂缝、防腐破损病害被垢层遮挡；运维人员无法从外部发现隐患；裂缝持续扩展造成池水渗漏，饮用水处理构筑物渗漏将会带来水质安全、地下水污染双重风险。

传统病害排查方式需要放空池水、人工清理池壁垢层之后再目视检查。放空水池将直接导致水厂供水中断；池壁坚硬垢层人工清理难度大，清垢费用高；水池放空后水下微弱渗漏水流痕迹消失，病害漏检风险上升。

不停水水下可视化成像检测，不需要排空池水就可以拍摄池壁水下图像。但目前缺少针对氟磷沉淀污泥垢层遮挡问题的检测技术研究，垢层多厚时会掩盖病害、如何通过成像结果预判垢层下方风险，尚无成熟方案。

基于以上背景，本文以多座饮用水除氟、污水除磷圆形沉淀反应池为工程对象，开展侧挂近距水下成像不停水检测试验；研究污泥垢层对成像识别的遮挡规律；建立垢层覆盖区域病害预判方法；形成一套适用于除氟除磷沉淀池的不停水可视化巡检方案。

2 检测设备与池体工况参数

2.1 水下高清成像探测系统

采用电缆式360°旋转单目水下成像系统，设备由水下探头、铠装电缆、地面绞车、深度编码器、便携式主控终端组成。探头耐压≥50 m水深，可调环形水下补光灯；病害深度定位精度±5 cm。检测作业采用侧挂近距扫描工艺，探头距离池壁0.4‑0.8 m，近距离拍摄降低水体悬浮物衰减影响。

2.2 试验池工况概况

选取三座除氟除磷圆形沉淀反应池开展现场试验：

1#除氟沉淀池，直径φ2 m，水深3.0 m，pH 7.0‑7.4；

2#除磷沉淀池，直径φ5 m，水深3.5 m，pH 7.3‑7.7；

3#除氟沉淀池，直径φ7 m，水深4.0 m，pH 7.5‑8.0。

钢筋混凝土现浇池体，投运年限4‑7年，池壁下部可见钙盐沉淀物黏附结垢现象。

3 氟‑磷沉淀污泥垢层成像遮挡规律分析

经过现场成像试验，氟磷沉淀物垢层对成像识别分为三种情况：

1）薄垢层（厚度＜5 mm）：垢层半透明，水下成像仍然能够透过薄层垢识别下方池壁裂缝；

2）中等垢层（5‑15 mm）：垢层不透明，成像画面只能看到垢层表面，下方混凝土病害被遮挡，无法直接识别；

3）厚垢层（＞15 mm）：坚硬垢壳大面积覆盖池壁，属于高风险关注区域。

因此水下成像检测对于垢层覆盖位置，无法100%看清垢层后方病害，需要建立风险预判和跟踪复查机制。

4 不停水成像检测标准化作业流程

4.1 前期准备

收集沉淀池土建图纸、药剂投加台账、历年放空检修记录；调试水下成像整套设备；池顶检修口安装绞车与侧挂导向支架。全程不清空池水，水厂供水、水处理工艺可正常运行。

4.2 侧挂近距成像扫描实施

探头缓慢下放至水面以下；侧挂导向支架推送探头贴近池壁；下放速度≤0.15 m/s；自上而下分段扫描，每下降0.5 m，探头水平360°旋转拍摄全景；环绕完成圆形池整圈巡检；重点扫描池壁‑池底交界位置，该区域污泥垢层最厚。主控终端实时录制视频，标记垢层覆盖区域、疑似病害点位以及深度坐标。

4.3 图像解析与垢层风险研判

成像图像解析后将池壁区域分为三类：

（1）无垢裸露混凝土区：直接识别是否存在裂缝、腐蚀剥落、渗漏痕迹；

（2）薄层垢覆盖区：透过垢层观察池壁病害；

（3）中‑厚垢全覆盖区：标记为高风险关注区，垢层下方病害无法判定。

5 现场检测结果分析

三座沉淀池不停水成像检测顺利完成，水处理系统全程未中断供水。

1#φ2 m除氟沉淀池：池壁上部无垢区域发现一条水下微裂缝；后期放空复核病害位置一致。

2#φ5 m除磷沉淀池：池底交界位置大面积中等厚度垢层覆盖；成像报告标记该区域为高风险跟踪区，建议下一年度成像巡检重点对比垢层周边是否出现渗漏水流痕迹。

3#φ7 m除氟沉淀池：池壁整体状况完好，病害风险低。

本次不停水成像检测无需停水放空，省去排水补水、人工清垢高额成本，检测工期短，运维效益明显。

6 垢层覆盖区域病害预判与跟踪复查方案

针对垢层遮挡难题，建立成像巡检闭环跟踪方案：

1）本年度成像标记厚垢高风险区域；

2）次年同一时段再次开展水下成像巡检；对比两年图像，观察垢层周边是否出现渗漏水流扰动痕迹；

3）连续2‑3年跟踪观察无渗漏迹象，则风险降低；如果发现渗漏水流痕迹，择窗口期放空清垢维修。

7 长效周期性巡检方案建议

除氟除磷化学沉淀圆形反应池建议建立常态化不停水水下成像巡检制度：新建池前3‑5年，每2‑3年开展一次成像巡检；运行超过5年、池壁结垢严重的老旧沉淀池，每年开展一次水下可视化检测；成像巡检优先在池内污泥沉淀静置之后开展，水体悬浮物少，成像清晰度更高。

8 结论

本文将侧挂近距高清水下成像探测系统应用于φ2‑7 m饮用水除氟、污水除磷圆形化学沉淀反应池不停水病害检测。成像检测可有效识别池壁无垢裸露区域水下裂缝、腐蚀剥落、渗漏等隐蔽病害；同时探明氟‑磷钙盐沉淀污泥垢层对成像识别的遮挡规律；针对垢层全覆盖无法直视池壁的难题，提出“年度成像巡检+历年图像对比跟踪预判”的风险管控方案，无需频繁放空水池清垢，即可实现渗漏隐患长期监控。水下可视化不停水检测技术，解决了除氟除磷沉淀池放空检修供水中断、清垢成本高、渗漏痕迹易消失等运维痛点，在饮用水、水环境治理水处理构筑物安全巡检领域，具有良好推广应用价值。

反应池‑水下成像论文 汇总关键词

一、核心技术关键词（高频）

水下成像检测；双目水下成像；单目360°旋转成像；侧挂近距扫描；不停水巡检；可视化检测；三维测距；病害识别；图像解析；深度定位；铠装电缆；水下高清探头；绞车‑深度编码器系统

二、池体/构筑物关键词

UASB厌氧反应罐；好氧曝气生化池；化学沉淀反应池；圆形反应池；狭小池体；混凝土反应池；污水处理构筑物；消防水池；饮用水沉淀池；钢筋混凝土池壁

三、病害与结构安全关键词

池壁腐蚀；防腐层脱落；水下裂缝；渗漏检测；混凝土剥蚀；污泥‑垢层遮挡；气泡干扰；水体浑浊；结构健康评价；病害演化；全生命周期监测；有限空间风险

四、工况、工艺与运维关键词

厌氧污泥；沼气气泡；曝气扰动；化学沉淀垢层；间歇停曝；近距扫描工艺；不停产检测；智慧水务；常态化巡检；闭环运维；病害风险预警

五、数字孪生智慧平台类关键词

2D‑3D数字孪生；池体内壁实景建模；病害三维可视化；图像对比分析；构筑物智慧运维；全生命周期健康监测平台

六、行业推广与对策类关键词

技术短板；标准化作业流程；设备选型；示范工程；运维转型升级；不停水检测技术推广

七、每篇论文独立关键词（分篇原版，直接粘贴进论文）

论文5：UASB厌氧反应罐；双目水下成像；受限空间检测；罐体腐蚀渗漏；结构健康评价；不停产检测

论文6：好氧曝气生化池；水下光学成像；气泡干扰；侧挂近距扫描；不停产巡检；污水处理运维

论文7：除氟除磷反应池；化学沉淀污泥；水下成像检测；污泥结垢遮挡；不停水巡检；饮用水构筑物运维

论文8：小型圆形反应池；狭小池体；水下成像检测；设备选型；侧挂近距扫描；中小型废水站运维

论文9：水下成像检测；2D‑3D数字孪生；混凝土反应池；构筑物全生命周期；病害演化监测；智慧水务运维平台

论文10：污水处理反应池；水下可视化成像检测；不停水巡检；技术短板；推广对策；水务运维转型升级

全套地热‑地下水勘察运维分类关键词

一、核心主体设备

1、地源热泵成套设备

浅层地源热泵、中深层水源热泵、复合热泵、热泵控制柜、变频循环水泵、回灌加压泵、换热站主机、分布式光纤测温终端、地温监测终端、能源管控平台

2、地热井与换热井仪器

中深层地热井、浅层换热井、回灌井、开采井；耐高温投入式液位传感器、水位‑水温一体化探头、多参数地热监测终端

3、井下成像探测系列

井下成像系统、钻孔电视、HO‑系列高温井下成像仪、自动排线绞车、耐磨耐高温探测电缆、防爆型井下摄像头、井筒可视化巡检设备

4、地下水采样监测装备

智能化洗井采样装备、常规洗井采样系统、常规水文调查装备、洗井采样质控站、智能样品流转箱、洗井潜水泵、低扰动气囊泵、多参数水质检测仪、水位泄降井深仪、便携式抽滤器、地下水流量计、流向流速仪、油水界面仪、三参数水位尺、分层采样系统

二、监测参数

动水位、静水位、井内温度、含水层压力、出水回水流量、水体pH、电导率、溶解氧、浊度、矿化度、氯离子浓度、泵组功耗、机组运行时长、地下水流速流向、油水界面高度、地层土壤温度、回灌压力

三、井筒常见病害

滤水管铁‑锰结垢、硅酸盐硬质水垢、井底泥沙淤积、含水层气体堵塞、生物黏泥附着、套管腐蚀穿孔、管节缝隙渗漏、井壁坍塌缩径、回灌堵塞、土壤热源热失衡、采‑回灌失衡、地层沉降、海水入侵、含水层淤堵

四、技术工艺

低扰动地下水取样、标准化洗井作业、井筒成像预检、高压水射流洗井、气举捞砂、化学药剂除垢、脉动高压含水层疏通、分层取水、水样现场过滤、样品恒温溯源储运、变频泵组节能调控、采灌平衡管控、土壤冷热均衡修复、分布式光纤地温监测、云端物联网远程传输、4G‑RTU数据采集

五、系统软件与管控平台

地热资源监管平台、换热站能耗监测系统、地下水水质监控平台、地源热泵智能运维系统、多级故障预警、运行数据台账、手机移动端告警、监测数据对接自然资源监管端口、CCER碳能耗核算

六、材料、硬件配件

PTFE防腐涂层、钛合金探测探头、蓝宝石耐磨镜头、阻燃耐磨探测线缆、内嵌式超声水表、压力传感终端、工业物联网传输模块、恒温防震样品箱、滤膜、取样容器

七、应用工况与项目场景

高温高矿化地热深井、浅层土壤污染监测井、矿山承压探水钻孔、油污污染场地监测井、温泉文旅地热井、滨海海水入侵监测井、小区供暖换热站、产业园清洁供暖项目、老旧地源热泵系统改造、水源地水质普查、金属矿山水害隐患排查、中深层地热回灌运维、复合热泵无热源供暖示范工程

八、行业政策、工程指标

水资源税流量计量、地热井开采监管、清洁供暖、零碳供热、碳减排项目、机房综合能效、主机COP能效、含水层长期养护、地下水环境调查、水文地质勘察、场地污染溯源监测

九、设备厂商专项术语

北京鸿鸥成运仪器、HO系列井下成像探头、7000m探测电缆、6000‑6500米下入深度、耐高温135℃传感设备、抗高矿化腐蚀监测终端、自动排线电动绞车