Brevet FR2717169A1 — publié le 19950915

La présente invention concerne le traitement d'une eau, appelée ci-après eau à traiter, par chloration. Plus précisément, selon l'invention, est apporté un dispositif permettant à la fois de produire du chlore gazeux, par électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, et de distribuer le chlore produit dans une eau à traiter. Le traitement par le chlore d'une eau à traiter est destiné à la stériliser par action du chlore actif, correspondant à l'ion hypochloreux obtenu par réaction du chlore gazeux produit par électrolyse, avec l'eau à traiter. Bien que la présente invention soit exposée dans la description qui suit dans une application particulière au traitement d'eau de piscine, elle n'est pas limitée à cette utilisation, et elle peut, bien entendu, être appliquée au traitement de toute eau, comprenant une étape de chloration, quelle qu'en soit sa destination, telle que eau potable, ou quelle qu'en soit sa provenance, telle que eau de station d'épuration. Selon la présente invention, on entend par eau à traiter, aussi bien l'eau n'ayant pas encore subi de traitement par chloration, que l'eau venant de le subir. Selon le brevet US-4 613 415, on connaît un dispositif de production de chlore gazeux à partir de chlorure de sodium aqueux, et de traitement d'une eau à traiter par le chlore formé. Le dispositif connu comprend * une cellule électrolytique, équipée de moyens en alimentation électrique, possédant une anode et son compartiment anodique associé, relié à une source d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, pour fournir du chlore à l'anode, une cathode et son compartiment cathodique associé, relié à une source d'eau, et une membrane séparant les compartiments anodique et cathodique, * un circuit pour l'eau à traiter, * des moyens de raccordement, entre les compartiments de la cellule et le circuit pour l'eau à traiter, permettant la distribution du chlore gazeux dans l'eau à traiter. En fonctionnement, le dispositif produit du chlore à l'anode, de la soude et de l'hydrogène à la cathode, ces deux produits de l'électrolyse étant distribués dans le circuit pour l'eau à traiter. Le dispositif décrit par US-A-4 613 415 présente deux inconvénients majeurs: * les deux paramètres, pH et teneur en chlore de l'eau à traiter, sont uniquement contrôlés par les équilibres chimiques intervenant entre l'acide hypochloreux formé par le chlore gazeux au contact de l'eau, l'hydrogène et la soude, de façon analogue à un procédé de traitement en discontinu ; ceci signifie qu'au moment de la mise en fonctionnement du dispositif, l'eau à traiter doit présenter une valeur minimale de pH et de teneur en chlore, comme décrit dans le document précité, afin que, d'une part, durant la première étape de l'électrolyse au cours de laquelle il y a production de chlore, mais encore peu de production de soude, l'addition de chlore à l'eau à traiter n'abaisse pas trop le pH de cette dernière, et que, d'autre part, au cours de cette même étape, la chloration de l'eau à traiter soit efficace; en conséquence, ce dispositif n'est opérationnel que pour le traitement d'une eau dont au moins le pH et la teneur en chlore ont été déterminés, et requiert donc une étape de mesure desdits paramètres préalablement à son utilisation, * le dispositif décrit ne peut pas être appliqué à de grands volumes d'eau, il est limité à des volumes de l'ordre de 20 à 200 m3, ce qui correspond à des volumes de piscines privées et non à des volumes de bassins de baignade publics. Selon US-3 669 857, on connaît un autre dispositif de production de chlore gazeux, obtenu par électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, ledit dispositif permettant le traitement d'une eau à traiter, par l'acide hypochloreux obtenu par action du chlore produit sur l'eau, dans le compartiment anodique. Les moyens de raccordement entre les compartiments de la cellule et le circuit pour l'eau à traiter permettent la distribution des produits de l'électrolyse dans l'eau à traiter, le dispositif comprenant, en outre, des moyens d'évacuation, hors de la cellule, des produits formés dans le compartiment cathodique, qui ne sont pas distribués dans l'eau à traiter. Ces derniers moyens consistent en une conduite placée dans le fond du compartiment cathodique, dont l'ouverture et la fermeture sont commandées, pour ainsi permettre le contrôle du pH de l'eau à traiter, par soustraction d'une quantité de produits basiques du compartiment anodique. Ces moyens ne permettent cependant qu'un contrôle approximatif du pH. En outre, ce dispositif est désavantageux en ce que l'eau à traiter est alimentée notamment en liquides prélevés à partir de chacun des compartiments, et ce prélèvement n'est efficace, par rapport à un prélèvement gazeux, que si les moyens de distribution précités répondent à un dimensionnement déterminé. Le dispositif de l'invention permet de résoudre les problèmes, posés par au moins l'un et l'autre des dispositifs connus précités, en traitant l'eau à traiter avec, majoritairement un seul produit de l'électrolyse, le chlore, et minoritairement la soude, tout en permettant un contrôle précis des paramètres, pH et teneur en chlore, et rendant possible le traitement de grands volumes d'eau, pouvant s'élever à 5000 m3 et plus. Selon l'invention, le dispositif comprend * un circuit pour l'eau à traiter, * des moyens de raccordement entre les compartiments de la cellule et le circuit pour l'eau à traiter, lesdits moyens de raccordement permettant la distribution dans l'eau à traiter, de manière indépendante, au moins du chlore et de la soude obtenus par électrolyse, * des moyens de mesure du pH et de la teneur en chlore de l'eau à traiter, * des moyens de pilotage de l'alimentation électrique de la cellule électrolytique, en fonction de la valeur de la mesure de la teneur en chlore, cette alimentation électrique étant modulable, et * des moyens de commande du débit des moyens de distribution de la soude dans l'eau à traiter en fonction de la valeur de la mesure de pH. Selon l'invention, les moyens de distribution du chlore dans l'eau à traiter consistent en une conduite primaire dont l'entrée est placée sur le compartiment anodique, de préférence dans sa partie supérieure, et dont la sortie débouche dans un tube de Venturi prévu sur le circuit pour l'eau à traiter. I1 est préférable qu'un pot de détente pour le chlore gazeux produit soit prévu sur ladite conduite primaire. Les moyens de distribution de la soude dans l'eau à traiter consistent en une conduite secondaire dont l'entrée est située sur le compartiment cathodique, de préférence dans sa paroi supérieure, et dont la sortie débouche dans le circuit pour l'eau à traiter, en aval du tube de Venturi, dans le sens de circulation de l'eau, ladite conduite secondaire, d'une part, raccordant le compartiment cathodique à un réservoir dit cathodique, ou sont recueillis les produits de l'électrolyse formés à la cathode et lui-même relié à une source d'eau, de préférence d'eau déminéralisée, et d'autre part, raccordant ledit réservoir au circuit pour l'eau à traiter. Selon le dispositif de l'invention, les moyens de mesure du pH et/ou de la teneur en chlore consistent en des sondes placées dans un bac, alimenté en eau à traiter, de manière indépendante du circuit pour l'eau à traiter. La mesure de la teneur en chlore peut par exemple s'effectuer par mesure de potentiel d'oxydo-réduction. Un avantage particulier de l'invention réside dans le mode de mesure d'au moins la teneur en chlore et le pH de l'eau à traiter, ladite mesure étant effectuée dans un échantillon d'eau totalement isolé du circuit d'eau à traiter, pour ainsi éliminer toute interférence parasitaire, notamment microcourants provenant du milieu extérieur. A cet effet, les moyens de mesure d'au moins les paramètres précités consistent en un bac compartimenté en au moins deux parties, dans chacune desquelles plonge une sonde. Le bac est totalement isolé du circuit pour l'eau à traiter et est alimenté en eau à traiter par un godet, disposé au-dessus, lui-même alimenté en eau à traiter prélevée dans le circuit pour l'eau à traiter. Ledit godet est associé à des moyens lui permettant de basculer périodiquement pour déverser, dans le bac, l'eau à traiter qu'il a reçue. D'autres paramètres, tels que la température, peuvent faire l'objet d'une mesure, au moyen d'une troisième sonde plongeant dans ledit bac. De préférence, une sonde de mesure de la teneur en soude dans le réservoir cathodique, est prévue, ladite sonde étant reliée à des moyens de commande d'une électrovanne placée sur la conduite de la source en eau. Avantageusement, la teneur en soude est maintenue entre 25 et 30% dans le compartiment cathodique. La source de chlorure de sodium consiste en un réservoir dit anodique, contenant du chlorure de sodium dissous dans l'eau, relié par un côté, à une source d'eau et, par l'autre côté, au compartiment anodique, et un adoucisseur d'eau peut-être prévu en amont dudit réservoir, pour contribuer au prolongement de la durée de vie de la membrane semi-perméable de la cellule. Préférentiellement, un échangeur de température à eau ou à air est placé à la sortie du compartiment cathodique de la cellule électrolytique de façon à assurer le refroidissement de la solution de soude à une température inférieure à 400C, avant son retour dans le réservoir cathodique. De manière plus avantageuse, l'échangeur de température est à eau, et il est équipé d'un circuit de refroidissement alimenté par l'eau à traiter, prélevée dans le circuit d'eau à traiter, en amont du Venturi, et déversée dans ce même circuit en aval du Venturi, de sorte que les calories récupérées sont transportées dans le bassin. I1 peut en outre être avantageux de prévoir sur le circuit d'eau à traiter, en amont du Venturi, un surpresseur pour aspirer et refouler de manière efficace le chlore gazeux, en particulier si le local technique dans lequel le dispositif de l'invention est installé est situé en dessous du niveau de l'eau du bassin. Selon l'invention, l'alimentation électrique de la cellule est modulable et le dispositif est préférentiellement équipé d'un transformateur redresseur modulable capable de débiter jusqu'à 500 ampères par heure sous une tension de 6 volts. Cet appareil est relié aux bornes de la cellule électrolytique. I1 est lui même alimenté soit par le réseau E.D.F. sous 220 volts, soit par un groupe électrogène, soit par des batteries solaires ou par toutes autres sources de courant électrique. La cellule électrolytique du dispositif produit une quantité de chlore nettement supérieure à la moyenne horaire nécessaire. Par exemple, pour un bassin moyen de 250 g par heure, la cellule électrolytique débite 400 g par heure. Elle ne fonctionne donc que les 25/40 d'une heure. La surpuissance disponible permet à l'installation de faire face à une demande de chlore instantanée importante permettant de conserver dans une piscine, une teneur en chlore actif constamment supérieure au minimum légal. Enfin, le dispositif selon l'invention apporte une solution à la surveillance de la qualité de l'eau, en ne requérant pas la nécessité d'un manipulateur formé. Avantageusement, le dispositif est relié à des moyens de télésurveillance comprenant des moyens d'émission de signaux associés au moins aux moyens de mesure du pH et de la teneur en chlore de l'eau à traiter. Les moyens d'émission de signaux peuvent en outre être reliés aux autres points essentiels du dispositif de manière à contrôler en permanence - l'alimentation en énergie électrique de la cellule électrolytique, - le débit d'alimentation du compartiment anodique de la cellule électrolytique, - la température de la solution de soude contenue dans le réservoir cathodique, - la tension et l'ampérage des électrodes de la cellule électrolytique, - et éventuellement, niveau des réservoirs, débit du Venturi, fonctionnement du surpresseur, etc... Quand le dispositif est en fonctionnement, si une valeur trop faible de la teneur en chlore de l'eau à traiter est mesurée, l'alimentation électrique de la cellule électrolytique est commandée pour augmenter la puissance de la cellule électrolytique afin qu'elle produise davantage de chlore gazeux. Si la teneur en chlore mesurée est trop élevée, la puissance de la cellule électrolytique est de la même manière diminuée. Concernant le pH de l'eau à traiter si une valeur trop basse est mesurée, liée à l'apport en acide hypochloreux, une électrovanne placée sur la conduite secondaire pour la distribution de la soude est commandée pour libérer de la soude dans le circuit d'eau à traiter. Toutes les caractéristiques du dispositif de la présente invention et les avantages qu'elles lui confèrent vont se révéler à la lumière de la description détaillée qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, dans lequel: Figure 1 représente un dispositif de l'invention, Figure 2 représente une réalisation préférentielle d'un dispositif objet de la présente invention. Figure 3 représente, en perspective, les moyens d'un dispositif selon l'invention, pour mesurer le pH et la teneur en chlore de l'eau à traiter. Conformément à Fig 1 et Fig 2, le dispositif 1 comprend un circuit 19 pour l'eau à traiter dans lequel circule l'eau prélevée dans une zone 20 du bassin d'eau à traiter, ladite eau étant refoulée dans une zone 21 du bassin après traitement. Le dispositif est équipé d'une cellule électrolytique 2 comprenant une anode 3 et une cathode 4, reliées à des moyens 5 en alimentation électrique et possédant une membrane 6 semi-perméable séparant la cellule 2 en un compartiment 7 anodique enfermant l'anode 3, et un compartiment 8 cathodique enfermant la cathode 4. Le compartiment anodique 7 est alimenté en une solution aqueuse de chlorure de sodium depuis une source d'eau 9 se déversant dans un réservoir anodique 10, contenant du chlorure de sodium, et dans la partie inférieure duquel des moyens 11 a ' il d'alimentation du compartiment anodique 7 sont disposés. Le compartiment cathodique 8 est alimenté en eau par des moyens 14 d'alimentation depuis la partie inférieure du réservoir cathodique 13. Ce dernier est équipé d'un trop-plein 12. Dans le réservoir 13 cathodique, plonge une sonde 36 pour la mesure de la teneur en soude, la sonde 36 étant reliée à un densimètre 37 commandant une arrivée d'eau dans le réservoir 13, à l'aide d'une électrovanne 38 placée sur la source d'eau 39 débouchant dans le réservoir 13, l'eau l'alimentant pouvant provenir du circuit 19. La variation du volume du liquide présent dans le réservoir 13 est très faible, c'est pourquoi il est plus avantageux que la sonde 36 mesure une variation de densité due à l'enrichissement en soude dudit liquide. Dans la partie supérieure du réservoir 13, sont fixés des moyens 42 d'évacuation de l'hydrogène excédentaire, provenant du compartiment 8 cathodique. Les moyens 42 peuvent consister en un système de ventilation continu de la surface du réservoir cathodique 13, par pulsation d'air, pour former un mélange gazeux capté dans un conduit d'évacuation et rejeté à l'extérieur. Les moyens de distribution de la soude dans l'eau à traiter consistent en une conduite 15 secondaire dont l'entrée s'ouvre sur la partie supérieure du compartiment 8 cathodique et qui débouche dans le réservoir cathodique 13, conduite dans laquelle circule de l'eau sodée obtenue par solubilisation dans l'eau, de la soude formée à la cathode 4. La conduite secondaire se prolonge depuis l'entrée 44 disposée dans une paroi latérale du réservoir 13 et débouche finalement dans la zone 45 dans le circuit 19 pour l'eau à traiter, en aval du tube de Venturi 17. Sur la conduite 15, est placée une pompe 46 péristaltique reliée à une sonde 25 de mesure du pH de l'eau à traiter. Sur la partie supérieure du compartiment anodique 7, une conduite primaire 16 est fixée, raccordant ledit compartiment 7 à un tube de Venturi 17, pour le transport du chlore gazeux, un pot de détente 18 pour ledit chlore gazeux étant disposé sur la conduite 16. Avantageusement, un trop-plein 41 part du pot de détente 18 pour déboucher dans le réservoir anodique 10. Un piquage 22 dont le point de départ 23 est situé sur le circuit 19 pour l'eau à traiter en amont du tube de Venturi 17, est prévu pour alimenter en eau à traiter les moyens de mesure de la teneur en chlore et du pH. Les moyens de mesure des paramètres précités apparaissent de façon détaillée à la Figure 3. Ils comprennent un bac 43, compartimenté, par une cloison 50, en zones égales 47 et 48, une 47 des deux zones étant elle-même compartimentée en deux parties 47a et 47b par une cloison 52 plus haute que la cloison 50. Chacune d'elles, est destinée à recevoir périodiquement de l'eau, et l'eau excédentaire s'évacue dans la zone 48 par dessus la cloison 50. La zone 48 du bac est équipée d'une conduite 49 d'évacuation. Dans chacune des parties 47a et 47b, plonge une sonde respectivement 24 pour la mesure de la teneur en chlore et 25 pour la mesure du pH. Dans la zone 48, est disposé un godet 26, qui ne possède aucun contact direct avec l'une quelconque des parois du bac 23. I1 est maintenu sur un axe 51, autour duquel il pivote pour basculer et déverser périodiquement l'eau à traiter qu'il reçoit par l'intermédiaire du piquage 22. Le débit d'alimentation du godet est réglable, une électrovanne étant disposée sur le piquage 22. Les électrodes respectivement 24 et 25 sont reliées à des moyens 27a,27b d'enregistrement de la lecture, le moyen 27a étant lui-même relié à un régulateur automatique 28 commandant l'alimentation électrique d'un transformateur 29 redresseur modulable, pilotant le fonctionnement de la cellule électrolytique 2, et le moyen 27b étant lui-même relié à la pompe péristaltique 46 commandant la circulation de soude depuis le réservoir cathodique 13 au circuit 19 d'eau à traiter. Le débit du tube de Venturi est avantageusement régulé au moyen d' un conduit 40, partant du piquage 22 et débouchant dans le circuit 19 d' eau à traiter, en aval du tube de Venturi, et sur lequel est placée une électrovanne. Conformément à Figure 2, le dispositif est équipé d'un échangeur thermique 30 n'apparaissant pas à la Figure 1, lui-même équipé d'un circuit de refroidissement 31, prenant son départ 32 sur le circuit 19 pour l'eau à traiter, en amont du tube de Venturi 17, et débouchant dans ce même circuit en un point 33, en aval du tube de Venturi 17. Sur cette Figure 2, en amont du réservoir anodique 10 est placée sur la conduite d'alimentation 34 en eau dudit réservoir, un adoucisseur d'eau 35. Dans le réservoir cathodique 13, plonge une électrode 36 de mesure de la concentration en soude dudit réservoir 13, reliée à des moyens 37 de commande d'une électrovanne 38 placée sur la conduite d'arrivée d'eau 39. Des moyens 53 de télésurveillance sont reliés aux moyens 27a et 27b d'enregistrement de la teneur en chlore et du pH de l'eau à traiter. En plus des avantages précités du dispositif de l'invention, ce dispositif qui présente un faible volume, un aspect compact et qui n'est pas fragile, peut être facilement déplacé, ce qui est particulièrement avantageux, pour qu'un même dispositif soit utilisé pour les piscines couvertes en hiver puis pour les bassins d'été quand les premières sont fermées. RBVBMDICATIOMS 1/ Dispositif de production de chlore gazeux obtenu par électrolyse de chlorure de sodium en solution aqueuse, et de traitement d'eau par ce chlore, du genre comprenant * une cellule électrolytique (2) équipée de moyens (5) en alimentation électrique et possédant une anode (3) et son compartiment anodique, relié à une source d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, une cathode (4) et son compartiment cathodique associé (8), relié à une source d'eau et une membrane (6) séparant les compartiments anodique et cathodique, * un circuit (19) pour l'eau à traiter, * des moyens de raccordement entre les compartiments de la cellule (2) et le circuit (19) pour l'eau à traiter, lesdits moyens de raccordement permettant la distribution dans l'eau à traiter, au moins du chlore et de la soude obtenus par électrolyse, caractérisé en ce que les moyens de distribution dans l'eau à traiter, du chlore et de la soude, sont indépendants, et en ce que le dispositif comprend en outre des moyens de mesure du pH et de la teneur en chlore de l'eau à traiter; des moyens de pilotage de l'alimentation électrique de la cellule électrolytique, en fonction de la valeur de la mesure de la teneur en chlore, cette alimentation électrique étant modulable, et des moyens de commande du débit des moyens de distribution de la soude dans l'eau à traiter en fonction de la valeur de la mesure de pH. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de distribution du chlore dans l'eau à traiter, consistent en une conduite primaire (16), raccordant le compartiment anodique (7) à un tube de Venturi (17) positionné sur le circuit (19) pour l'eau à traiter. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, sur ladite conduite primaire (16), est prévu un pot (18) de détente pour le chlore gazeux. 4/ Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de distribution de soude dans l'eau à traiter consistent en une conduite secondaire (15) raccordant le compartiment cathodique (8), par sa partie supérieure, au circuit (19) pour l'eau à traiter, en aval du tube de Venturi (17). 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite conduite secondaire, d'une part, raccorde le compartiment cathodique (8) à un réservoir (13) dit cathodique, où sont recueillis les produits de l'électrolyse formés à la cathode (4) et luimême relié à une source d'eau (39), et d'autre part, raccorde ledit réservoir (13) au circuit (19) pour l'eau à traiter. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de mesure du pH et/ou de la teneur en chlore comprennent des sondes (25,24) placées dans un bac (43), alimenté en eau à traiter, prélevée dans le circuit (19) pour l'eau à traiter, en amont du tube de Venturi (17), par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation (22). 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit bac (43) est totalement isolé du circuit pour l'eau à traiter, et est alimenté périodiquement en eau à traiter, par un godet (26) disposé au-dessus, et lui-même alimenté en eau à traiter, prélevée dans le circuit (19) pour l'eau à traiter. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique (30) relié à la cellule électrolytique (2), ledit échangeur thermique (30) étant équipé d'un circuit (31) de refroidissement alimenté par l'eau à traiter prélevée dans le circuit (19) d'eau à traiter, en amont du Venturi (17) et déversée dans ce même circuit (19) en aval du Venturi. 9/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure de la teneur en soude de l'eau présente dans ledit réservoir (13) cathodique et des moyens de commande d'une électrovanne (38) placée sur la source d'eau (39). 10/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de chlorure de sodium consiste en un réservoir (10) anodique contenant du chlorure de sodium relié à une source d'eau (9) et au compartiment (7) anodique, et en ce qu'un adoucisseur d'eau (35) est prévu en amont dudit réservoir (10). 11/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est relié à des moyens (53) de télésurveillance comprenant des moyens d'émission de signaux associés aux moyens de mesure du pH et de la teneur en chlore de l'eau à traiter.