Brevet FR2927621A1 — publié le 20090821

Dispositif de traitement d'eau pour piscine par l'ozone La présente invention concerne un dispositif de traitement d'eau par l'ozone, ainsi qu'un système plus général à circuit de traitement d'eau en continu pour piscine basé sur un tel dispositif. Bien qu'il ne s'agisse évidemment pas de l'unique application possible, la suite de la description s'appuiera à titre préférentiel sur l'exemple des piscines qui illustre bien les problématiques rencontrées dans le traitement des eaux par l'ozone. L'ozone est connu comme un excellent désinfectant, utilisé notamment comme une alternative ou un complérnent technique aux désinfections conventionnelles au chlore ou produits chlorés. L'ozone a en effet un champ d'action microbiocide exceptionnellement étendu, ce qui lui permet d'agir rapidement et efficacement contre quasiment toutes les bactéries, virus et autres microorganismes connus. Il représente par conséquent une solution de désinfection de l'eau très efficace, de surcroît écologique, avantage supplémentaire indéniable à l'aube du troisième millénaire. Son inconvénient majeur est qu'il se présente sous forme gazeuse. Son effet floculant peut être également vu comme un avantage dans le domaine du traitement de l'eau, mais n'est pas nécessairement recherché au stade d'intervention de l'ozone dans le circuit de traitement des piscines, car la floculation produite peut compliquer le traitement à l'ozone. Pour compléter la présentation du contexte d'application de l'ozone comme désinfectant dans le traitement des eaux pour piscines, il est à noter que la réglementation en impose la disparition totale dans le bassin de natation, afin que les nageurs n'en respirent pas d'éventuels dégazages lorsqu'ils se baignent. Les solutions techniques basées sur une désinfection par l'ozone telle qu'employée jusqu'à présent utilisent trois cuves successives disposées entre le bac tampon placé en sortie de la piscine et les conduits permettant sa réalimentation en eau purifiée. Une première cuve, disposée immédiatement en sortie du bac tampon, constitue un filtre à sable destiné à filtrer les particules et saletés afin d'éviter que, dans la deuxième cuve dite de contact en principe seulement prévue pour réaliser le mélange d'eau et d'air ozoné sous pression, se produise une floculation due à l'effet floculant de l'ozone, qui serait indésirable à ce stade du traitement. Enfin, une troisième cuve effectue exclusivement la neutralisation de l'ozone, traditionnellement à l'aide d'un filtre à charbon actif. L'eau traitée obtenue en sortie de cette troisième cuve est alors débarrassée de toute trace d'ozone, de toute particule ou saleté et elle est parfaitement désinfectée, donc utilisable pour réalimenter la piscine. Cette solution est techniquement satisfaisante, mais elle présente un certain nombre d'inconvénients. En premier lieu, la multiplication des équipements (3 cuves) conduit à occuper une surface au sol relativement importante. Les locaux qui accueillent ces équipements doivent dès lors présenter des dimensions non négligeables, ce qui n'est pas dépourvu d'incidences économiques. Le coût d'une telle installation est en effet sensiblement plus élevé non seulement du fait de la multiplication des équipements impliqués dans le traitement, mais également parce qu'un supplément de surface au sol représente un coût dont l'importance relative croît régulièrement à la mesure de celle de l'immobilier dans le monde économique actuel. Enfin, l'ozone étant extrêmement oxydant, la cuve dans laquelle s'effectue le mélange eau / air ozoné sous pression doit présenter à un haut degré des caractéristiques d'anticorrosion. A cet égard, les différentes techniques utilisées jusqu'ici sont plus ou moins fiables, allant de la cuve en acier standard revêtu d'une couche de résine époxy à une cuve en fibres de verre basées sur des résines spéciales supposées avoir une excellente tenue à la corrosion. L'invention remédie aux inconvénients et insuffisances relevées ci-dessus en proposant un dispositif de traitement d'eau par l'ozone beaucoup moins gourmand en surface au sol et diminuant sensiblement le nombre d'équipements nécessaires audit traitement. Le gain en surface combiné à la réduction des matériels conduit à une solution globale économiquement bien plus favorable que ses devancières. En pratique, le dispositif de traitement d'eau de l'invention, constitué classiquement d'une cuve fermée comportant : une arrivée d'eau mélangée à de l'air ozoné ; une sortie d'eau traitée débarrassée d'ozone ; une soupape de dégazage ; un filtre à charbon actif ; et un orifice de vidange, se caractérise à titre principal en ce que : l'arrivée d'eau débouche en partie basse de la cuve dans un premier volume d'eau délimité par une cloison supérieure séparatrice supportant le charbon actif ; - au moins un conduit d'allure verticale franchit la cloison et le filtre à charbon actif, véhiculant le mélange d'eau et d'air ozoné du premier volume vers un système diffuseur situé dans w second volume d'eau surmontant le charbon actif ; - un dispositif collecteur de l'eau relié à la sortie d'eau est disposé dans le charbon actif au voisinage de la cloison séparatrice. A l'inverse de ce qui se faisait dans l'art antérieur, une seule cuve sert en l'occurrence à la mise en contact de l'eau et de l'air ozoné et à la filtration par le charbon actif. La configuration utilisée permet de plus d'optimiser ces fonctions. Ainsi, lorsqu'il existait une cuve séparée pour la mise en contact de l'eau et de l'air ozoné, celle-ci se faisait habituellement sous pression. Or, le volume important de la cuve, permettant certes de réaliser le mélange eau / air ozoné pour un grand volume de liquide, conduisait en pratique à une mise en contact qui n'était pas optimale. Le mélange n'était guère homogène, et donc de qualité variable et peu maîtrisée. A l'inverse, dans le dispositif de l'invention, l'existence du conduit reliant les deux volumes d'eau, faisant office de puits vertical à section nécessairement limitée, assure une compression du mélange qui est strictement confinée et permet d'optimiser le contact eau / air ozoné. Le système diffuseur disposé en partie supérieure joue par ailleurs le rôle de mélangeur statique, et redistribue spatialement dans la cuve le mélange eau / air ozoné par rapport au filtre à charbon actif. A cet effet, le système diffuseur s'étend radialement par rapport à la cuve, de manière à distribuer l'eau mélangée à de l'air ozoné dans les dimensions transversales de la cuve, au dessus du filtre à charbon actif. Pour répondre à cette distribution optimisée du mélange par rapport au filtre à charbon actif, il est alors souhaitable de mettre en place en aval du filtre w dispositif collecteur des eaux traitées, en l'espèce débarrassées de leur ozone, qui couvre lui aussi une surface tirant au mieux partie de la configuration du filtre à charbon actif dans la cuve. A cet effet, selon l'invention, le dispositif collecteur est disposé parallèlement à la cloison séparatrice, et s'étend sur la quasi totalité de la surface de cette dernière. Il peut également s'agir d'une seconde cloison, disposée parallèlement à la cloison séparatrice et équipée de buselures qui laissent passer l'eau et retiennent le charbon actif. L'eau filtrée s'écoule alors entre les deux parois vers l'orifice de vidange. La fonction principale du ou des conduits d'allure verticale est la mise en contact optimisée de l'eau avec l'air ozoné. C'est la raison pour laquelle, selon l'invention, le ou les conduits d'allure verticale véhiculant l'eau mélangée à l'air ozoné vers le second volume comporte(nt) une section permettant une compression de ladite eau mélangée, sans que les pertes de charges occasionnées soient rédhibitoires. Cette section est calculée de telle sorte qu'un flux continu de liquide puisse être filtré, à un débit compatible avec les exigences du circuit hydraulique dans lequel le dispositif de l'invention est implanté, tout en assurant une compression suffisante pour améliorer sensiblement la mise en contact du gaz et du liquide. Selon une possibilité, le dispositif de l'invention ne comporte qu'un conduit central. L'ozone étant un gaz très oxydant, se pose inévitablement le problème de la protection de la cuve elle-même, qui doit offrir une tenue dans le temps compatible avec les contraintes économiques et fonctionnelles des installations dans lesquelles le dispositif de l'invention est utilisé. En particulier, il est connu que l'effet d'oxydation maximum se situe au niveau haut de la cuve, au niveau du dioptre de séparation du liquide et de l'air. Il a donc été prévu, selon l'invention, que la cuve soit constituée d'un corps 20 fermé en partie supérieure par une rehausse comportant la soupape de dégazage. Plus précisément, cette rehausse est réalisée en matériau synthétique, par exemple de type PVC ou PVDF, c'est-à-dire un matériau inoxydable. Le corps de cuve peut alors simplement être réalisé en acier, avec une 25 protection cathodique contre l'oxydation. En d'autres termes, dans la zone d'oxydation maximale, l'élément de fermeture (la rehausse) est prévu d'emblée en matériau inoxydable, alors que le reste de la cuve est fabriqué en acier simple avec une solution cathodique de protection. Cette solution est économiquement favorable, le coût d'un acier 30 simple étant largement inférieur à celui d'un acier inox qui peut de plus nécessiter un revêtement intérieur anticorrosion complémentaire. Alternativement, le corps de la cuve peut aussi être réalisé en matériau synthétique du type PVC fretté ou PVDF renforcé. Dans l'hypothèse de l'utilisation d'un dispositif tel que décrit auparavant pour 35 la désinfection des eaux de piscines, ledit dispositif est disposé d'une part en aval d'une cuve formant filtre à sable placée en sortie d'un bac tampon, et d'autre part directement en amont de la piscine, la sortie d'eau en fin de traitement étant alors reliée au bassin par des conduits. La cuve réalisant le filtrage à sable garantit l'utilisation, pendant le processus d'ozonation, d'une eau dépourvue de particules et de saletés, évitant l'apparition d'une floculation naturellement induite par l'ozone. Une telle floculation gêne le filtrage par charbon actif, et/ou entraîne à tout le moins la nécessité d'un lavage plus fréquent dudit filtre. II est d'ailleurs à noter que le dispositif de l'invention favorise le lavage et le détassage du charbon actif, la configuration employée dans le cadre de l'invention permettant d'utiliser la sortie d'eau comme une entrée pour de l'eau 10 de lavage du charbon actif. L'invention va à présent être décrite plus en détail, en référence aux figures, pour lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif de traitement de l'eau par l'ozone selon l'invention ; 15 la figure 2 représente, en coupe identique à celle de la figure 1, une variante comportant une cloison supplémentaire à titre de dispositif collecteur d'eau ; et - la figure 3 est une représentation schématique d'un système de traitement de l'eau d'une piscine à l'aide d'un dispositif 20 selon la figure 1. En référence à la figure 1, la cuve (1) se compose d'un corps (2) fermé, à sa partie supérieure, par une rehausse (3) fixée au corps (2) par exemple à l'aide de brides (4, 4'), et dans laquelle est prévue une soupape de dégazage (5). L'intérieur de la cuve est équipé d'une paroi de séparation (6) servant de 25 support à du charbon actif (7) dont l'empilement constitue un filtre. Un mélange d'eau et d'air ozoné arrive dans la partie basse de la cuve (1) via un orifice d'arrivée d'eau (8). Un premier volume (9) est donc constitué en partie basse de la cuve (1), sous la cloison de séparation (6). Un conduit ou puits central (10) véhicule le liquide, c'est-à-dire l'eau additionnée d'air ozoné, vers le haut de la 30 cuve (1), et plus précisément vers un second volume (11) surmontant le filtre à charbon actif (7). La fonction du puits ou conduit central (10) est de comprimer le mélange eau + air ozoné de manière à réaliser une mise en contact optimale du liquide et du gaz. Un système diffuseur (12) disposé à l'extrémité supérieure du conduit (10) permet ensuite de redistribuer dans le volume de la cuve (1) et de 35 rediriger le liquide additionné du gaz en direction du charbon actif (7). Alors que le conduit (10) se développe selon l'axe de la cuve (1), le système diffuseur (12) est par conséquent orienté perpendiculairement au conduit (10), se développant radialement dans les dimensions transversales de la cuve afin de mieux répartir le liquide contenant l'air ozoné par rapport au filtre à charbon actif (7). Le mélange de liquide et de gaz arrivant via l'orifice d'entrée (8) se déplace dans la direction des flèches apparaissant en figure 1. Ainsi, l'eau additionnée d'air ozoné est filtrée par le charbon actif (7) puis, à proximité de la cloison (6), atteint un dispositif collecteur (13) situé au niveau d'un orifice de sortie (14) et permettant de collecter l'eau purifiée par le filtre, c'est-à-dire débarrassée de l'ozone. L'eau obtenue en sortie (14) est alors désinfectée, prête à être réutilisée, par exemple renvoyée vers une piscine. Comme mentionné auparavant, le corps de la cuve (1) peut être prévu en acier simple, à condition qu'y soit adjoint un dispositif de protection cathodique. Alternativement, il peut bien entendu être possible de prévoir la cuve soit en acier inoxydable, soit en un matériau de type fibre de verre muni de résines spéciales supposées résister à l'ozone, par exemple du polyéthylène traité, etc. La partie supérieure de fermeture, c'est-à-dire la rehausse (3) dotée de sa soupape de dégazage (5) air / ozone est réalisée de préférence en polyéthylène. Alternativement, d'autres matériaux inoxydables peuvent également être employés, comme du PVDF ou de l'inox. Le dispositif diffuseur (12) ainsi que le conduit sont de préférence réalisés en polyéthylène. Il est à noter que les dimensions du puits central (10) doivent garantir une compression dans le tube vertical, forçant le contact entre l'eau et le gaz, sans pour autant que les pertes de charge soient trop importantes. Le calcul de la section du conduit (10) est prévu en conséquence. Un orifice et un conduit de vidange (15) sont prévus au bas de la cuve (1). Il est à noter que cette configuration est extrêmement favorable également pour la maintenance et la pérennité du système, puisque l'orifice et le conduit de sortie (14) peuvent être utilisés, avec un flux de liquide inverse, pour détasser, voire pour laver le charbon actif (7) du filtre. La configuration de la figure 2 se distingue de la précédente en ce que le dispositif collecteur d'eau est en l'espèce constitué d'une cloison supplémentaire (13') munie de buselures et qui laisse subsister, entre les deux cloisons (6) et (13'), un volume d'évacuation d'eau filtrée vers l'orifice de sortie (14). Seule l'eau peut franchir cette cloison supplémentaire (13'), le charbon actif étant retenu au-dessus. En référence à la figure 3, la cuve (1) de l'invention est disposée en aval d'une cuve (16) constituant un filtre à sable. En sortie du dispositif (1) de l'invention, des tuyauteries ou conduits (17) renvoient l'eau purifiée à destination d'une piscine (18). Le circuit de désinfection de l'eau de la piscine (18) se compose par ailleurs classiquement d'un bac tampon (19), d'un pré-filtre (20), d'une pompe (21) et de différents dispositifs de mesure (mesure du pH, du chlore, du potentiel redox, etc.). La solution décrite en référence aux figures n'est pas exhaustive de l'invention. Celle-ci englobe au contraire des modifications de forme (nombre de conduits (10), forme des dispositifs de diffusion, collecteur, cloison séparatrice, etc...) ou des modifications de matières qui restent dans l'esprit de l'invention. 1. 5 15 20 2. 25 3. 4. 30 5. 35 REVENDICATIONS 1. Dispositif de traitement d'eau par l'ozone, constitué d'une cuve fermée comportant : - une arrivée d'eau mélangée à de l'air ozoné ; - une sortie d'eau traitée débarrassée d'ozone ; - une soupape de dégazage ; - un filtre à charbon actif ; et - un orifice de vidange, caractérisé en ce que : - l'arrivée d'eau débouche en partie basse de la cuve dans un premier volume d'eau délimité par une cloison supérieure séparatrice supportant le charbon actif ; - au moins un conduit d'allure verticale franchit la cloison et le filtre à charbon actif, véhiculant le mélange d'eau et d'air ozoné du premier volume vers un système diffuseur situé dans un second volume d'eau surmontant le charbon actif ; - un dispositif collecteur de l'eau relié à la sortie d'eau est disposé dans le charbon actif au voisinage de la cloison séparatrice. 2. Dispositif de traitement d'eau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système diffuseur s'étend radialement par rapport à la cuve, de manière à distribuer l'eau mélangée à de l'air ozoné dans les dimensions transversales de la cuve au dessus du filtre à charbon actif. 3. Dispositif de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif collecteur est disposé parallèlement à la cloison séparatrice, et s'étend sur la quasi totalité de la surface de cette dernière. 4. Dispositif de traitement d'eau selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le dispositif collecteur est constitué d'une seconde cloison, disposée parallèlement à la cloison séparatrice et équipée de buselures. 5. Dispositif de traitement d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les conduits d'allure verticale véhiculant l'eau mélangée à l'air ozoné vers le second volume comportent une section permettant une compression de ladite eau mélangée. 6. Dispositif de traitement d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ne comporte qu'un conduit central. 7. Dispositif de traitement d'eau selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve fermée comprend un corps fermé en partie supérieure par une rehausse comportant la soupape de dégazage. 8 Dispositif de traitement d'eau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la rehausse est réalisée en matériau synthétique, par exemple de type PE ou PVDF. 9. Dispositif de traitement d'eau selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le corps de cuve est réalisé en acier avec une protection cathodique contre l'oxydation. 10. Dispositif de traitement d'eau selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le corps de cuve est réalisé en matériau synthétique du type PVC fretté ou PVDF renforcé. 11. Système de traitement d'eau pour piscine, comportant un dispositif selon les revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit dispositif est disposé en aval d'une cuve formant filtre à sable placé en sortie d'un bac tampon, et directement en amont de la piscine, la sortie d'eau en fin de traitement étant reliée au bassin par des conduits. 25