Espero que estos enlaces que te dejo al final te sirvan para aclarar un poco las dudas que tienes.
Si te registas en el foro de referencia podrás ver las fotos e imágenes, pero el foro esta inactivo para preguntas aunque tiene muy buenos post que te ayudaran a aclararte sobre los problemas de la piscina.
Yo no controlo mucho de piscinas desbordantes, pero si ya el calculo de la hidráulica de una piscina normal es algo a tener en cuenta, en una piscina desbordante mucho más.
Hasta donde yo he leído, en principio deberías de tener dos bombas, una para realizar el filtrado general y otra para controlar el agua del deposito/s de compensación. Aunque la verdad, pienso que tu problema, además de un posible diseño constructivo defectuoso, más bien es un erróneo diseño de hidráulica, empezando seguramente por el diámetro de las tuberías empleadas, caudal de bomba, elección de filtro etc.
Del fondo de piscina es imposible que coja aire (salvo fuga en la tubería) pues no tendrías agua en la piscina. El aire lo estará cogiendo del tubo de fondo del deposito de compensación, porque la bomba es capaz de succionar más caudal que el propio generado por el fondo de la piscina más el del deposito de compensación y como el que se acaba antes es el del deposito de compensación, es por ahí por donde se cuela el aire a la instalación.
¿Has probado a reducir el caudal que sale del fondo del deposito de compensación cerrando 1/4 su llave de paso? Puede hacer que la bomba funcione mas forzada pero te dara una idea de cual es el caudal optimo del ramal del deposito de compensacion evitando que se vacie.
No obstante léete a fondo los enlaces a ver si das con el problema y su posible solución.
Estos dos enlaces se complementan uno al otro, pues son del mismo forero, relacionados precisamente con la construcción de una piscina desbordante.
http://www.hablemosdepiscinas.com/foro/viewtopic.php?f=28&t=838
http://hablemosdepiscinas.com/foro/viewtopic.php?f=28&t=594
Estos son sobre calculos de hidraulica:
http://hablemosdepiscinas.com/foro/viewtopic.php?f=34&t=764
http://hablemosdepiscinas.com/foro/viewtopic.php?f=28&t=769&p=4173&hilit=hazen#p4173
Los depósitos de compensación en un piscina desbordante realizan la función de los skimeres en una piscina normal. El agua de la lamina va a parar a un deposito de compensación donde queda la suciedad gorda y desde este se manda a la filtración. - JS BP