Brevet FR2149402A1 — publié le 19730330

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour le traitement par filtration de l'eau de circulation dans des piscines. Depuis de nombreuses années, l'ozone est utilisée avec de bons résultats en raison de son potentiel normal élevé, notamment pour l'épuration, la clarification et la désinfection de l'eau potable et de consommation. L'ozone trouve également application à l'heure actuelle dans le traitement de l'eau des piscines. Dans ce secteur du traitement des eaux, l'ozone est utilisée comme désinfectant après la pre-épuration par filtration de l'eau de circulation d'une piscine. Comme gaz idéal, l'ozone ne possède qu'une faible solubilité dans l'eau, dépendant de la température. Le facteur de dispersion, c'est-à-dire le rapport mg.03/l d'eau mg.O3lde gaz, présente approximativement les valeurs sui vantes à 200C = 0,28 à 300C = 0,18 à 40 C = 0,12 Il en rsulte que la solubilité de l'ozone dans l'eau diminue quand la température s'élève et que, dans des conditions normales, la sortie des gaz à l'atmosphère augmente. La faible solubilité dans liteau, dépendant de la température, et une certaine toxicité de l'ozone à forte concentration limitent étroitement son application comme désinfectant pour de l'eau de piscine pré-épurée et portée à une température de 20 à 35 C. Des additions d'ozone conduisant a un excédent de plus de 0,1 mg O /1 d'eau peuvent. en se dé 3 gazant au-dessus du plan d'eau d'une piscine, provoquer des troubles pour les baigneurs, en particulier par suite d'une irritation des muqueuses. Des additions d'ozone dépassant 0 > 1 mg 03/l d'eau de piscine sont toutefois souhaitables et nécessaires pour garantir la dégradation des impuretés organiques genantes et la destruction des bactéries pathogènes et des virus qui sont introduits par les baigneurs dans l'eau d'une piscine. Il a été prouvé que chaque baigneur, volontairement ou involontairement, introduit environ 50 ml d'urine, soit de 1 à 1,5 g d'urée, dans l'eau d'une piscine, ce qui conduit en pratique à des concentrations de 0,2 à 0,6 mg d'urée par litre d'eau de la piscine. Etant donné que la transformation stoeehiométrique de 1 g d'urée nécessite 0,8 g d'ozone, le traitement d'une eau de piscine à l'ozone demande des additions d'ozone comprises entre au moins 0,15 et 0 > 5 mg/l d'eau.La quantité de substance organique apportée dans une piscine est de ltor- dre de 2 à 4 g par personne et par m3 comme consommation de KMnO, de sorte que des additions d'ozone supérieures à 1 mg/ 1 d'eau sont indispensables pour éliminer environ 75% de ces substances gênantes. On a déjà proposé d'utiliser l'ozone comme agent auxiliaire de floculation avant la filtration pour ltépura- tion d'eau potable. Cette opération est destinée avant tout à faire disparaître les substances gênantes pour le goût et l'odeur. Pour l'eau d'une piscine, il s'agit par contre d'éliminer des impuretés de nature organique introduites constamment et en quantités variables dans l'eau. En raison de la différence entre ces problèmes, il n'était nullement évident que les expériences acquises dans le domaine de l'épuration de l'eau potable puissent être mises à profit dans le cas présent. Le but de l'invention est d'indiquer un procédé et un dispositif assurant, dans des conditions d'exploitation économiques, une épuration et une désinfection optimales, en excluant le danger actuel dû à un échappement d'ozone gazeux de l'eau de la piscine. Ce but est atteint par l'invention grâce au fait que l'eau est soumise à un traitement à l'ozone, tant avant qu'après la filtration. Un tel procédé peut trouver application dans tous les cas où l'eau d'une piscine, quelles que soient sa provenance et sa tepérature, doit etre épurée et désinfectée sans actions secondaires. La description qui va suivre faite en regard du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple non lim.ita- tif fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée . La figure unique reproduit le schéma synoptique d'un exemple de réalisation pour l'épuration et la désinfection à l'ozone de l'eau des piscines. Des analyses d'eaux de piscine ont montré que, selon la charge (nombre de baigneurs), les potentiels ("oxy- doréduction à la sortie de la piscine sont compris entre un minimum de 250 et un maximum de 550 mV (électrode platinecalomel). Si l'on traite à l'ozone des eaux ainsi souillées et si l'on accorde à ce traitement une durée de réaction de 1 à 3 minutes, on constate une élévation du potentiel d'oxydoréduction et une destruction des composés azotés provenant principalement des apports d'urine. Il se produit en plus une précipitation des substances colloidales existantes, qui peuvent etre ainsi retenues, par exemple dans un filtre à sable. Il en résulte une réduction de la consoirmation de F2wlnO4 de l'eau ainsi traitée. Ce stade du traitement représente par conséquent le stade d'épuration, bien que s'y déroulent non seulement des phénomènes physico-chimiques, rais aussi des actions de nature biologique dans le sens de l'extermination de microorganismes. Ce stade d'épuration est suivi dans un deuxième stade d'une désinfection à l'ozone, à des concentrations comprises entre 0,06 et 0,1 mg/1 d'ozone ce qui conduit à des potentiels d'oxydoréduction de 750 à 850 mV, assurant la destruction totale, en quelques secondes, de tous les éléments pathogènes existant dans l'eau. Avec le procédé selon l'invention l'échappement inévitable d'ozone gazeux - la surface de l'eau reste entre les limites tolérées. L'efficacité du procédé conforme à l'invention devient évidente si l'on compare des valeurs déterminées au cours d'expériences poussées. Dans une piscine couverte à affluence variant fortement, on a vérifié, dans des conditions se rapprochant de la pratique, la méthode classique de traitement de l'eau (filtration + ozonisation) et le procédé de l'invention (pré-ozonisation + filtration + post-ozonisation). Les résultats de ces examens sont reproduits dans le tableau 1. TABLEAU 1 Surface de la piscine = 250 m Nombre de visi Volume de la piscine = 320 m3 teurs au jour Débit refoule en circuit fermé = 160 m3/h 332 personnes Caractéristiques de l'eau brute et recyclée pH = 7,4 coefficient m = 5,8 dGEI = 17,7 dKH = 16,2 des expériences consommation KMnO4 = 4,7 mg/l Chlorures = 24,5 mg/l Nitrates = 20 mg/1 Nitrites = traces mg/1 Ammoniaque = non décelable T A B L E A U Expérence A B Résultats a 1 a 2 b 1 b 2 b3 PH-Wert 7,5 - 7,6 7,5 - 7,6 7,5 - 7,6 7,5 - 7,6 7,5 - 7,6 Temp. C 26 26 ,26 26 26 Consommation KMnO4 6,7 - 10,5 5,2 - 8,6 6,7 - 10,5 3,2 - 4,7 3,2 - 4,5 mg/l mg/l Chlorures, mg/l 35,5 35,5 35,5 35,5 35,5 nitrates, mg/l 32 - 40 32 - 36 32 - 36 32 - 36 32 - 36 nitrites, mg/l 0,05 - 0,12 0 - 0,05 0,05 - 0,10 0,00 0,00 Ammoniaque, mg/l 0,05 - 0,25 0 - 0,12 0,05 - 0,25 0 - 0,05 0,00 Urée mg/l 0,05 - 0,40 0 - 0,25 0,05 - 0,25 0 - 0,15 0 - 0,15 Ozone, mg/l 0,00 0,08 - 0,2 0,00 0,3 - 0,6 0,06 - 0,10 Potentiel 230 - 550 650 - 720 380 - 550 720 - 850 700 - 750 d'oxydoréduction mV Germes/ml 210 - 4320 8 - 100 165 - 200 3 - 88 0 - 2 A) ozonisation conventionnelle = filtration + ozonisation a 1) avant la filtration et l'ozonisation (eau de la pis cine) a 2) après la filtration et l'ozonisation ;; B) procédé selon l'invention = pré-ozonisation + filtration + post-ozonisation b 1) avant le traitement (eau de la piscine) b 2) après la pré-ozonisation et la filtration b 3) après la post-ozonisation. Les chiffres du tableau 1 font ressortir la nette supériorité du procédé de l'invention en ce qui concerne son efficacité d'épuration et de désinfection. Au cours des expériences, on a constaté avec étonnement que la capacité de désinfection peut être accrue sensiblement si l'écoulement longitudinal laminaire dans une piscine est remplacé par un écoulement turbulent avec entrée latérale et déversement d'un trop-plein de 30 à 50 de l'eau par la rigole du bassin. L'eau fraîchement traitée et postozonisée parvient ainsi rapidement au voisinage de la bouche et du nez des baigneurs, d'où elle est amenée rapidement dans le circuit fermé. L'eau ne peut pas être de nouveau fortement souillée en séjournant relativement longtemps dans la piscine. Etant donné que la quantité d'ozone consommée par une eau de piscine dépend dans une large mesure de la charge, un réglage invariable de la pré-ozonisation et de la post-ozonisation risquerait d'entraîner des surdosages ou des sous-dosages avec tous les inconvénients pouvant en résulter. Il est donc nécessaire d'ajuster la capacité des groupes d'ozonisation utilisés à la composition changeante de l'eau. On empêche également de cette manière l'ozone provenant de la préozonisation de s'échapper à travers le filtre, par exemple le filtre à sable. Le dispositif décrit ci-après en référence à la figure élimine radicalement toutes les conséquences négatives qui pourraient résulter de surdosages et de sous-dosages de l'ozone. L'eau souillée A de la piscine traverse un captecheveux et capte-fibres 1, destiné à éliminer les impuretés grossières et est refoulée par une pompe 2 dans l'installation de traitement. Le premier traitement pour l'épuration à l'ozo- ne de l'eau de la piscine est effectué par un procédé indirect, au moyen d'un injecteur 3, qui prélève dans une conduite 5 un courant partiel de l'eau de la piscine dont la pres sio est élevée par une pompe 4, ledit injecteur aspirant de l'ozone gazeux d'un groupe de production 6 à travers un débitmètre 7. A l'intérieur de l'injecteur 3, il se forme ainsi une solution d'ozone à forte concentration, qui est mélangée à un contrecourant, dans une pièce de ponction 8, au courant principal d'eau de la piscine.Pour obtenir un brassage intensif de courant partiel d'eau chargé d'ozone et du courant principal d'eau de la piscine, on ajuste les deux courants d'eau sur une énergie cinétique de 400 à 700 kpm par un dimensionnement approprié des tuyaux de la pièce de ponction 8. Un rendement élevé de l'ozone utilisée est ainsi garanti et l'ozone réagit instantanément avec les substances gênantes contenues dans liteau, pour les oxyder. L'eau préozonisée de la piscine séjourne l'in- térieur d'un récipient de réaction 9, en vue de l'obtention d'une durée de réaction optimale. Selon les conditions d'exploitation existantes, le récipient de réaction 9 est dimensionné pour permettre à l'eau traitée d'y séjourner pendant 60 secondes au minimum et 180 secondes au maximum. Les gaz excédentaires sont évacués du récipient de réaction 9 par une soupape automatique de mise à l'air libre 10.Par une conduite 11, l'eau traitée est amenée à un instrument de mesure, par exemple un indicateur d'oxydoréduction, un indicateur d'excédent d'ozone, ou une chaîne d'électrodes, qui mesure contuiuelleent le potentiel d'oxydoréduction ou l'excédent d'ozone par voie électro-chimique et transmet la valeur mesurée à un régulateur par tout ou rien, par exemple un régulateur à blocage d'équipage 13. Ce dernier, qui est équipé d'un contact de minima et d'un contact de maxima, transmet ì son tour la valeur mesurée à un servomoteur-convertisseur 14 du groupe de production d'ozone 6.Si la valeur mesurée par l'instrument 12 s'écarte de la valeur de consigne du régulateur i blocage d'équipage 13, le servo-moteur convertisseur 14 fait varier vers le haut ou vers le bas la tension électrique du groupe 6 jusqu'à ce que les deux valeurs précitées colncident. La puissance instantanée absorbée par le groupe producteur d'ozone 6 peut être lue sur un wattmètre 15. Il ressort d'expériences pratiques que la valeur parvenant pour la mesure à l'instrument 12 doit être de l'ordre de 650 à 710 mV, soit de 0,05 à 0,2 g 03/m.3. L'observation de ces valeurs exclut tout risque de sous-dosage ou de surdosage d'ozone. L'eau de la piscine, comportant le faible excédent d'ozone sus-mentionné, s'écoule alors dans un filtre fermé sous pression 16 avec soupape automatique de mise à l'air libre 10, en vue de la séparation des substances gênantes passées sous la forme filtrable. L'eau de la piscine, pré-ozonisée et filtrée, est soumise ensuite pour sa désinfection à une post-ozonisation ; il est prévu à cet effet comme précédemment un injecteur 17, qui prélève de l'ozone gazeux dans le groupe de production d'ozone 19 à travers un débitmètre 18, ainsi qu'une pompe d'élévation de pression 20 amenant Il l'injecteur 17 un courant partiel d'une conduite 21. Le courant partiel d'eau ozonisée est mélangé à l'emplacement de ponction 22 au courant principal de l'eau du bassin, de préférence sous une énergie cinétique de 400 à 700 kpm 4 l'eau entre ensuite dans un récipient de réaction 23, muni d'une soupape automatique de mise à l'air libre 10.Le volume du récipient de réaction 23 doit être choisi de façon que l'eau y séjourne pendant 18 secondes au minimum et 60 secondes au maximum avant de parvenir dans l'instrument de mesure 24. De même que l'instrument de mesure 12, l'instrument de mesure 24 est un indicateur d'oxydoréduction ou d'excédent d'ozone et commande finalement, par l'intermédiaire d'un régulateur par tout ou rien, le ser vomoteur-convertisseur 26 du groupe producteur d'ozone 19 équipé d'un wattmètre 27. Il ressort d'expériences pratiques que la valeur parvenant pour la mesure à l'instrument 24 doit être de l'or- dre de 750 à 850 mV, soit de 0,06 à 0,1 g 03/m3. Des écarts vers le haut ou vers le bas sont corrigés par le servomoteurconvertisseur 26, commandé par le régulateur par tout ou rien 25. L'eau épurée par pré-ozonisation, filtrée, et désinfectée par post-ozonisation, sort en B de l'installation de traitement et s'écoule dans la piscine. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement de l'eau de circulation dans des piscines par filtration, caractérisé en ce que l'eau est soumise à un traitement a l'ozone, tant avant qu'après la filtration. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pré-ozonisation est effectuée avec des concentrations en ozone qui garantissent, après une réaction durant de 60 à 180 secondes, un potentiel d'oxydoréduction compris entre 650 et 710 mV, respectivement un excédent d'ozone de 0,05 à 0,20 g/m3 d'eau. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la post-ozonisation est effectuée avec des concentrations en ozone qui garantissent, après une réaction durant de 18 à 60 secondes, un potentiel d'oxydoréduction compris entre 750 et 850 mV, respectivement un excédent d'ozone de 0,06 8 0,10 g/m3 d'eau. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la pré-ozonisation et la post-ozonisation ont lieu indirectement, en ce que, lors du mélange du courant d'eau partiel (solution d'ozone) avec le courant principal d'eau de la piscine, l'énergie cinétique se monte à 500 kpm en vue d'une utilisation optimale de l'ozone mise en oeuvre et en ce que le courant d'eau partiel est dirigé à l'encontre du courant principal d'eau de la piscine. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par la combinaison des éléments suivants : groupes producteurs d'ozone (6, 19) avec débitmètres (7, 18) ainsi que servomoteurs-convertisseurs (14, 26), emplacements de ponction d'ozone (8, 22), récipient: de réaction (9, 23), instruments de mesure du potentiel d'oxydoréduction ou de l'excédent d'ozone (12, 24), régulateurs par tout ou rien (13, 25) qui actionnent les servomoteursconvertisseurs correspondants (14, 26) des groupes producteurs d'ozone (6, 19) ainsi qu'injecteurs (3, 17) et pompes d'élé- vation de pression (4, 20) pour la production de solutions d'ozone à haute concentration. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte en plus des wattmètres (15, 27).