1. Domaine technique de l'invention.
La présente invention concerne un dispositif de stérilisation et de brassage de l'eau entièrement incorporé dans l'infrastructure de piscines publiques ou privées de grandes dimensions. Plus généralement, ce dispositif peut être employé dans la réalisation de bassins de stockage et de conservation de l'eau pour l'adduction en eau potable ou pour l'industrie agroalimentaire.
Dans le cadre des piscines ce dispositif améliore la sécurité de baignade grâce à un flux hydraulique inversé (strictement orienté du bas vers le haut du bassin) et une conception originale de sa structure excluant toutes parois verticales.1. Technical Field of the Invention
The present invention relates to a water sterilization and mixing device fully incorporated into the infrastructure of large public or private pools. More generally, this device can be used in the production of storage tanks and water conservation for drinking water supply or for the food industry.
As part of swimming pools this device improves bathing safety thanks to an inverted hydraulic flow (strictly oriented from the bottom to the top of the pool) and an original design of its structure excluding all vertical walls.
2. Etat de la technique antérieure.
Jusqu'à présent, la stérilisation des piscines et des bassins de stockage hydraulique est traditionnellement effectuée par incorporation de chlore, brome, cuivre, ou stérilisants sans chlore (PHMB). Ces procédés présentent les inconvénients suivants :
U̇ne exposition prolongée en eau traitée de cette façon provoque des effets irritants pour les yeux et la peau surtout chez les plus jeunes et plus âgés.
^Ces techniques de stérilisation s'avèrent très polluantes en cas de rejet accidentel en milieu naturel.
^Ces procédés de stérilisation sont très onéreux et engendrent un entretien régulier des pompes, filtres, et canalisations métalliques du fait de leur haut pouvoir corrosif.
3. Exposé de l'invention.
Pour apporter une réponse concrète à ces problèmes, cette technique prévoit une stérilisation par incorporation d'air pulsé traversant un lit de sable de 10 à 15 cm d'épaisseur en fond de bassin (4).
La stérilisation de l'eau s'opère par oxydation de l'eau au contact direct de l'air (dégradation bactérienne aéorobie). Pour ce faire on incorpore des micro-gouttelettes d'air dans le volume utile du bassin. On veille en outre à réduire au maximum la granulométrie des bulles d'air pour augmenter leur surface spécifique et garantir de ce fait un meilleur contact entre les molécules d'oxygène et les molécules d'eau.
L'air est administré dans le circuit de filtration (18) du bassin par un surpresseur air/air (12) relié au circuit de filtration en aval du filtre à sable (13). La pression d'air produite sera légèrement supérieure à celle du débit hydraulique généré par la pompe (14). Le débit d'air et le temps de filtration seront directement fonction des variables géométriques du bassin traité.
Cet air se mélange avec l'eau filtrée puis véhicule par les conduites en PVC pression (18) jusqu'au fond du bassin où se trouve un réseau de drains micro-perforés (1) entièrement enrobé de graves creuses (2) puis recouvert d'un géotextile de faible grammage et de forte perméabilité (3).
Afin de mieux brasser ce mélange air/eau, on prévoit la mise en u̇vre d'une couche de 10 à 15cm de sable blanc siliceux 2/4mm (4) en fond de bassin. On crée de ce fait un flux hydraulique orienté du bas vers le haut du bassin (5) qui traverse cette couche de sable, puis véhicule vers un débordement périphérique (16) situé à la surface du bassin.
La diffusion et la division des gouttelettes d'air s'effectuent ainsi en plusieurs étapes :
1. Une perforation progressive du drain garanti un flux air/eau homogène tout au long du circuit de refoulement micro-perforé (1). Les perforations sur ce drain (1) seront d'autant plus importantes qu'elles seront éloignées du point de départ (6) du réseau micro-perforé (1). Les différentes expérimentations ont montré que la section passante cumulée du drain par rapport à son abscisse linéaire suit une fonction parabolique (l'origine des abscisses linéaires étant fixée au point de départ du réseau micro-perforé (6) ).
2. Le mélange air/eau se diffuse à travers les graves creuses 3/6mm (2) et, soumis au contact de ces granulats, subit une seconde division.
3. Les gouttelettes d'air et l'eau filtrée traversent ensuite le géotextile (3) et la couche de sable siliceux (4) garantissant une division importante des gouttelettes d'air puis une diffusion et un brassage optimisés de l'eau filtrée sur l'ensemble du bassin.
L'eau est ensuite récoltée par un débordement périphérique traditionnel (16) puis orientée vers le bac tampon (15) et le filtre à sable (13) grâce à la pompe (14) du circuit de filtration.
Ce procédé présente l'avantage:
^de limiter le coût de stérilisation (l'air est gratuit, le coût énergétique du surpresseur air/air (12) est faible), de générer une stérilisation totalement neutre pour l'organisme et les milieux naturels, ^d'améliorer les capacités des filtres à sable car les micro-gouttelettes d'air en remontant vers la surface du bassin participent physiquement au brassage de l'eau et aident à véhiculer les impuretés vers le réseau de filtration, d'exclure tous risques de noyade des usagers par succion au niveau des bondes de fond (le flux hydraulique est strictement orienté du bas vers le haut).
^Ce dispositif laisse la possibilité de diffuser des gaz oxydant comme l'ozone (03) en complément de l'oxygène aérien pour améliorer et accélérer la stérilisation de l'eau. Pour ce faire on connecte un générateur d'ozone (19) sur le refoulement du surpresseur (12). Dans le cas des piscines une attention toute particulière devra être porté au rejet d'ozone non dissous afin que celui-ci soit en dessous des seuils réglementaires autorisés par la DASS.
Enfin, dans le cadre des piscines ce dispositif s'accompagne d'un choix original au niveau des formes géométriques du bassin.
En effet, ce type de bassin exclu toutes parois périphériques verticales. On retrouve donc en position centrale un fond de sable siliceux horizontal. En périphérie de ce fond de sable se situe un radier béton en pente douce (pente radier<15%) couvert d'un enduit de finition blanc type silico-marbreux (POOLIMPER , VPI par exemple).
Cette caractéristique permet de présenter un rapport du volume du bassin (V) sur sa surface (S) égal à 0.70m. Ce rapport est beaucoup moins important que les bassins traditionnels (V/S > 1.35m). On augmente donc la proportion d'eau au contact naturel de l'air ce qui participe une nouvelle fois à améliorer l'oxydation de l'eau au contact de l'air.
Ce radier en pente fait au moins six mètres de large pour que le lit de sable soit à la cote minimale de 0.90m de profondeur.
Ces choix techniques présentent divers avantages par rapport aux procédés conventionnels de piscines publiques ou privées grandes dimensions en béton armé :
Toutes les formes de bassins (largeurs, longueurs, profondeurs) peuvent être envisageables sans surcoût notable. On peut ainsi s'orienter vers des formes libres plus esthétiques que les formes rectangulaires conventionnelles. L'absence de béton armé banché, de matériaux onéreux (une couche de sable de 10cm coûte 4 fois moins cher qu'un revêtement en patte de verre traditionnellement utilisé pour les grandes piscines), garantissent un coût de réalisation très intéressant.
On améliore la sécurité des usagers du fait de l'absence de profondeur d'eau importante en périphérie du bassin. Le risque de noyade d'une personne qui tomberait accidentellement dans la piscine en est par conséquent considérablement réduit.
4. Mode de réalisation.
Les bassins incluant ce procédé sont directement terrassés dans le sol. La forme du bassin sera directement déduite du terrassement. Les zones non-portantes seront purgées et rechargées en graves calcaires concassées.
On procède ensuite au passage des tubes du réseau de filtration air/eau en PVC PN 16 (18) sur un lit de sable remblais. Ces tube se trouveront sous le radier béton de la piscine (7).
On procède ensuite au coulage du radier béton horizontal (7), puis du radier en pente (11) en prévoyant des joints de fractionnement tous les 200m de dalle. On réalisera un lit d'armatures sur la fibre moyenne du radier pour neutraliser le retrait du béton. Chaque joint de fractionnement sera traité par un joint type WATER STOP (10) .
Pour améliorer l'esthétique du bassin ou réaliser des pentes plus importantes de l'enrochement naturel type 1 tonne et plus pourra être incorporé dans le bassin par percolation au béton (9) sur au moins trois faces. Il faudra bien entendu mettre en u̇vre ces enrochements de telle façon qu'ils ne comportent pas de faces agressives pour les usagers.
On coule ensuite un second lit de 10cm de béton (8) sur le radier horizontal (7) comportant les réservations nécessaires pour les circuit de refoulement micro-perforés eau/air (1).
Ces tubes pressions micro-perforés diamètre 50mm ( 1 ), seront enrobés dans des graves creuses 4/6mm (2). On entend par graves creuses, un matériau drainant dont le fuseau granulométrique incomplet est exempt de particules fines.
Ces graves sont ensuite recouvertes d'une nappe de géotextile (3) de faible grammage laissant passer le mélange eau/air et stoppant les fines du sable.
A partir de là on procède au remplissage du fond du bassin avec un lit de sable siliceux blanc 2/4mm (4) de 10 à 15cm d'épaisseur mis en oeuvre directement sur la nappe de géotextile (3).
Les parties non recouvertes par le sable (11), seront traitées superficiellement par un enduit de finition blanc anti-dérapant type silico-marbreux.
Enfin, on procédera à la construction du caniveau périphérique (16), à la mise en u̇vre des conduites de recyclage des eaux polluées (17), à la réalisation d'un bac tampon (15), des équipements techniques (12-19) et de la filtration (13) suivant les normes constructives en vigueur pour un bassin à débordement.
5. REVENDICATIONS 1. Dispositif de stérilisation hydraulique de bassins et piscines caractérisé par l'incorporation de micro-gouttelettes d'air pulsé ou de gaz oxydant dans l'eau en ce qu'il comporte un drain microperforé situé au fond du bassin (1), enrobé dans un lit de graves creuses (2), le tout étant recouvert d'une nappe de géotextile de faible grammage et de forte perméabilité (3) sur lequel est mis en u̇vre un lit de sable siliceux (4).2. State of the art
So far, sterilization of swimming pools and hydraulic storage basins has traditionally been carried out by incorporating chlorine, bromine, copper, or chlorine-free sterilants (PHMB). These methods have the following drawbacks:
Prolonged exposure to water treated in this way causes irritating effects to the eyes and skin especially in younger and older people.
These sterilization techniques are highly polluting in the event of accidental release into the natural environment.
These sterilization processes are very expensive and cause regular maintenance of pumps, filters, and metal pipelines because of their high corrosive power.
3. Presentation of the invention.
To provide a concrete answer to these problems, this technique provides sterilization by incorporating pulsed air through a bed of sand 10 to 15 cm thick at the bottom of the pond (4).
The water is sterilized by oxidation of the water in direct contact with the air (aerobic bacterial degradation). To do this, micro-droplets of air are incorporated into the useful volume of the basin. In addition, care is taken to minimize the particle size of the air bubbles in order to increase their specific surface area and thereby guarantee a better contact between the oxygen molecules and the water molecules.
The air is administered in the filtration circuit (18) of the pool by an air / air booster (12) connected to the filter circuit downstream of the sand filter (13). The air pressure produced will be slightly higher than that of the hydraulic flow generated by the pump (14). The air flow and the filtration time will be directly related to the geometric variables of the treated basin.
This air is mixed with the filtered water and then conveyed by the pressure PVC pipes (18) to the bottom of the basin where there is a network of micro-perforated drains (1) entirely covered with hollow gravels (2) then covered with water. a geotextile of low grammage and high permeability (3).
In order to better mix this air / water mixture, provision is made for the application of a layer of 10 to 15cm of 2 / 4mm siliceous white sand (4) at the bottom of the pond. A hydraulic flow is thus created directed from the bottom to the top of the basin (5) which passes through this layer of sand, then vehicle to a peripheral overflow (16) located on the surface of the basin.
The diffusion and the division of the air droplets thus take place in several stages:
1. Progressive perforation of the drain guarantees a homogeneous air / water flow throughout the micro-perforated discharge circuit (1). The perforations on this drain (1) will be all the more important that they will be removed from the starting point (6) of the micro-perforated network (1). The various experiments have shown that the cumulative cross section of the drain relative to its linear abscissa follows a parabolic function (the origin of the linear abscissae being fixed at the starting point of the micro-perforated network (6)).
2. The air / water mixture diffuses through the 3 / 6mm deep hollow (2) and, subjected to contact with these aggregates, undergoes a second division.
3. The air droplets and the filtered water then pass through the geotextile (3) and the layer of siliceous sand (4) guaranteeing a large division of the air droplets and then an optimized diffusion and mixing of the filtered water on the whole basin.
The water is then harvested by a traditional peripheral overflow (16) and then directed to the buffer tank (15) and the sand filter (13) through the pump (14) of the filtration circuit.
This method has the advantage:
^ to limit the cost of sterilization (the air is free, the energy cost of the air / air booster (12) is low), to generate a completely neutral sterilization for the organism and the natural environments, ^ to improve the capacities sand filters because the micro-droplets of air coming up to the surface of the basin physically participate in the mixing of the water and help to transport the impurities towards the filtration network, to exclude all risks of drowning of the users by suction at the level of the bottom plugs (the hydraulic flow is strictly oriented from bottom to top).
This device allows the possibility of diffusing oxidizing gases such as ozone (03) in addition to aerial oxygen to improve and accelerate the sterilization of water. To do this we connect an ozone generator (19) on the discharge of the booster (12). In the case of swimming pools, particular attention should be paid to the release of undissolved ozone so that it is below the regulatory thresholds authorized by the DASS.
Finally, in the context of swimming pools this device is accompanied by an original choice in terms of geometric shapes of the basin.
Indeed, this type of basin excluded all vertical peripheral walls. We thus find in central position a bottom of siliceous sand horizontally. On the outskirts of this sandy bottom is a sloping concrete slab (sloping slope <15%) covered with a silico-marbled white finish coating (POOLIMPER, VPI for example).
This feature allows to present a ratio of the volume of the basin (V) on its surface (S) equal to 0.70m. This ratio is much smaller than traditional basins (V / S> 1.35m). It increases the proportion of water in natural contact with the air which again participates in improving the oxidation of water in contact with the air.
This sloping raft is at least six meters wide so that the sand bed is at a minimum depth of 0.90m.
These technical choices have various advantages over conventional methods of large public or private pools in reinforced concrete:
All forms of basins (widths, lengths, depths) can be envisaged without significant additional cost. We can thus move towards free forms more aesthetic than conventional rectangular shapes. The absence of reinforced concrete banché, expensive materials (a 10cm layer of sand costs 4 times cheaper than a glass liner traditionally used for large pools), guarantee a very interesting cost of realization.
The safety of users is improved because of the absence of significant water depth at the periphery of the basin. The risk of drowning a person who accidentally falls into the pool is therefore greatly reduced.
4. Embodiment.
The basins including this process are directly buried in the ground. The shape of the basin will be directly deduced from the earthworks. The non-bearing areas will be purged and reloaded in severe crushed limestone.
The tubes of the PN 16 air / water filtration network (18) are then passed over a backburst sand bed. These tubes will be under the concrete floor of the pool (7).
The horizontal concrete slab (7) is then poured and the sloping slab (11) is poured in, providing splitting joints every 200m of slab. A reinforcement bed will be made on the middle fiber of the slab to neutralize the shrinkage of the concrete. Each splitting joint will be treated with a WATER STOP type joint (10).
To improve the aesthetics of the basin or to achieve greater slopes of type 1 ton or more natural riprap may be incorporated into the basin by percolation with concrete (9) on at least three sides. It will of course be necessary to use these armourings in such a way that they do not have aggressive faces for the users.
A second 10 cm bed of concrete (8) is then cast on the horizontal raft (7) having the necessary reservations for the micro-perforated water / air discharge circuits (1).
These micro-perforated pressure tubes, diameter 50mm (1), will be embedded in 4 / 6mm deep grooves (2). Hollow gravity means a draining material whose incomplete particle size is free of fine particles.
These bass are then covered with a sheet of geotextile (3) of light weight passing the water / air mixture and stopping the fine sand.
From there we proceed to fill the bottom of the basin with a bed of white sand 2 / 4mm (4) 10 to 15cm thick implemented directly on the sheet of geotextile (3).
The parts not covered by the sand (11), will be treated superficially with a silico-marbled anti-slip white finish coating.
Finally, the construction of the perimeter gutter (16), the implementation of polluted water recycling pipes (17), the construction of a buffer tank (15), the technical equipment (12-19) will be carried out. and filtration (13) according to the construction standards in force for an overflow basin.
1. A device for hydraulic sterilization of pools and swimming pools characterized by the incorporation of micro-droplets of pulsed air or oxidizing gas into the water in that it comprises a microperforated drain located at the bottom of the pond (1). ), embedded in a bed of hollow gravels (2), the whole being covered with a geotextile web of low basis weight and high permeability (3) on which is implemented a bed of siliceous sand (4).