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DE29923300U1 - Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor - Google Patents

Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor

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DE29923300U1
DE29923300U1 DE29923300U DE29923300U DE29923300U1 DE 29923300 U1 DE29923300 U1 DE 29923300U1 DE 29923300 U DE29923300 U DE 29923300U DE 29923300 U DE29923300 U DE 29923300U DE 29923300 U1 DE29923300 U1 DE 29923300U1
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DE
Germany
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zone
aeration
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wastewater
fluidized bed
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Harbs Volker Dipl-Ing De
Li Zhiqiang De
Wu Haiyan Dipl-Ing De
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Description

1. Volker Harbs
Abendrothsweg 67
20251 Hamburg
2. Haiyan Wu
Julius-Vosseler-Strasse 110 E
22527 Hamburg
3. Zhiqiang Li
Julius-Vosseler-Strasse 110 E
22527 Hamburg
Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung tanter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor
Das Belebungsverfahren ist das meist angewendete Verfahren zur Reinigung organisch verschmutzter Abwässer, wie zum Beispiel kommunales Abwasser und organisch verschmutzte industrielle Abwässer. Eine Kläranlage mit Belebungsverfahren besteht in der Regel aus mechanischer Reinigungsstufe und der biologischen Reinigungsstufe. Die biologische Reinigungsstufe besteht aus Belebung und Nachklärung. In dem Belebungsbecken werden die Schmutzstoffe durch Bakterien abgebaut, dabei vermehrt sich die Bakterienmasse. Für diesen Abbauprozeß ist eine SauerstoffVersorgung erforderlich, dafür wird in der Regel Luft in die Belebungsbecken geblasen.
Die Trennung des gereinigten Abwassers vom Belebtschlamm erfolgt in der Regel in den Nachklärbecken. Der Schlamm setzt sich nach unten ab und das gereinigte Wasser wird oben abgezogen. Der abgesetzte Belebtschlamm wird als Rücklaufschlamm in die Belebung zurückgeführt bzw. als Überschußschlamm aus dem System abgezogen.
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In modernen Kläranlagen ist eine Stickstoffelimi.nation in der Regel erforderlich. Dementsprechend werden die Belebungsbecken in Denitrifikations- und Nitrifikationszonen unterteilt. In der nicht belüfteten Denitrifikationszone werden in der Regel Rührwerke eingesetzt, um den Belebtschlamm mit dem Abwasser zu durchmischen. Die Belüftung in der Nitrifikationszone sorgt nicht nur für den Sauerstoffeintrag, sondern auch für die Durchmischung des Beckeninhaltes. Für die Denitrifikation ist eine interne Rezirkulation erforderlich, dabei wird das nitrathaltige Abwasserbelebtschlammgemisch in die Denitrifikationszone zurückgeführt.
Bei Abwasserreinigung mit vermehrter biologischer Phosphorelimination ist in der Regel eine anaerobe Zone vor der Denitrifikationszone vorzuschalten. Ihre Durchmischung erfolgt in der Regel ebenfalls mit Rührwerken.
Um die Biomasse in den Belebungsbecken zu erhöhen, ohne gleichzeitig die Becken vergrößern zu müssen bzw. bei Neubauten die Becken kleiner herstellen zu können, können Festbettkörper in die Becken eingetaucht werden. Dies ist die sogenannte Festbettbelebung oder der Festbettreaktor. Auf diesem Festbett siedeln sich Bakterien an und bilden einen Biorasen. Die Biomassekonzentration im Belebungsbecken kann damit insgesamt erhöht und das notwendige Volumen der Belebungsbecken reduziert werden.
Dieses Festbettverfahren hat Betriebsprobleme, da durch das schnelle Bakterienwachstum die Festbettkörper zuwachsen und verstopfen. Die Luftversorgung der Biomasse wird durch diese Verstopfung erheblich gestört. Die Leistung dieser Anlagenteile kann dann nicht mehr optimal ausgenutzt werden. Aus diesem Grunde hat sich das Festbettverfahren in kommunalen Abwasseranlagen nicht durchgesetzt. In der Industrieabwasserreinigung findet das Festbettverfahren aus dem gleichen Grunde nur eine begrenzte Anwendung.
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Sonderverfahren für das Festbett sind in den Patenten EP-A-O 075 298 und DE-A-38 15 8 65 offenbart. Als Trägermaterialien werden dort offenporige Schaumstoffwürfel mit einer Kantenlänge von 1 cm bis 3 cm eingesetzt. Diese Schaumstoffkörper werden mit der Zeit von Bakterien und Mikroorganismen in ihrem Innern und auf der Oberfläche besiedelt.
Je nach Bewuchs weisen die Schaumstoffwürfel verschiedene Dichten auf, manche sind schwerer als Wasser, manche leichter, eine Phasentrennung des Trägermaterials vom Abwasserbelebtschlammgemisch ist verfahrenstechnisch nicht möglich. Diese Schaumstoffkörper dürfen aber nicht in die Nachklärbecken gelangen. Bei diesen Verfahren werden im Ablaufbereich der Belebungsbecken Netze oder andere Fangekonstruktionen angeordnet. Die Netze führen zu erheblichen Betriebsstörungen, da sich im Abwasser enthaltene Feststoffe wie Haare, Fasern, Papier, Folien usw. verfangen und diese verstopfen.
Die Schaumstoffwürfel können einen sehr starken mechanischen Abrieb unterliegen und gelangen dann als Bruchteile in die nachfolgenden Reinigungstufen, wo es zu weiteren betrieblichen Schwierigkeiten kommen kann. Das Nachfüllen des verlorenen Schaumstoffmaterials verursacht zusätzliche Betriebskosten.
Aufgrund der vorstehend angeführten Nachteile, konnte sich auch dieses Verfahren nicht in der kommunalen Abwasserreinigung verbreiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile des Standes der Technik eine Vorrichtung zu schaffen, die zur biologischen Abwasserreinigung geeignet ist und eine wirtschaftliche, effiziente Arbeitsweise aufweist.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß eine Vorrichtung mit schwebenden Trägermaterialien eingesetzt wird.
In der Wirbelbettbelebung der Vorrichtung werden im Wasser schwebende, feste Trägermaterialien beispielsweise aus Kunststoff verwendet. Diese Trägermaterialien haben eine Dichte von 0,8 Pwasser < pTrägermateriai < Pwasser im mit Mikroorganismen bewachsenen Zustand. Das Trägermaterial mit einer solchen Dichte schwebt im Ruhezustand an der Wasseroberfläche, im turbulenten Belebungsbecken schweben und verwirbeln die Trägerkörper über den gesamten Beckenquerschnitt und werden vollständig mit dem Abwasserbelebtschlammgemisch durchgemischt. Es bildet sich ein Wirbelbett. Dieses Wirbelbett bietet den Bakterien, wie beim Festbett, zusätzliche Oberflächen für eine Besiedelung und damit eine höhere Bxomassekonzentration im Belebungsbecken. Im Vergleich mit dem herkömmlichen Festbett ist mit einem Wirbelbett eine Verstopfung unmöglich, da sich alle Trägerkörper ständig in Bewegung befinden.
Im Ablaufbereich des Belebungsbeckens wird erfindungsgemäß eine Beruhigungszone, in der sich das Trägermaterial aufgrund seiner Dichte automatisch vom Abwasser trennt, aufschwimmt und sich im oberen Bereich des Wasserkörpers sammelt, eingerichtet. Das Abwasserbelebtschlammgemisch wird im Sohlbereich des Beckens abgezogen und in das Nachklärbecken eingeleitet.
Die an der Oberfläche schwebenden Trägermaterialien werden in den Zulauf des Belebungsbeckens zurückgeführt.
In der Wirbelbettbelebung der Vorrichtung werden Trägermaterialien mit einer Dichte im bewachsenem Zustand von 0,8 Pwasser < PTrägennateriai < Pwasser, verwendet. In einem Wirbelbett können Trägermaterialien mit verschiedenen Dichten kombiniert werden. Um die vorgenannten Dichten der Trägerkörper im bewachsenen Zustand einhalten zu können, ist die Kornnaßdichte des Materials der Trägerkörper in der Regel zwischen 0,75 g/cm3 bis 0,95 g/cm3 zu wählen.
Erfindungsgemäß besteht das Trägermaterial aus unregelmäßig oder
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regelmäßig, zum Beispiel kugelförmigen oder granulatförmigen Teilchen. Die Teilchen können massiv oder hohl sein und die Teilchen können glatte, rauhe oder strukturierte Oberflächen haben. Teilchen mit rauher und/oder strukturierter Oberfläche begünstigen in der Regel die Ansiedlung von Mikroorganismen auf den Trägerkörpern.
Die Größe der Teilchen wird in Abhängigkeit zur Abwasserzusammensetzung und dem Reinigungsziel gewählt. Beispielsweise können massive Teilchen mit Durchmessern von 2 mm bis 30 mm, bevorzugt 2 mm bis 20 mm, insbesondere 2 mm bis 10 mm verwendet werden. Es können auch Teilchen verschiedener Größen und Formen in einem Wirbelbett kombiniert werden.
Für die vorgenannten Trägerkörper des Wirbelbettes sind vorzugsweise Kunststoffe ( Homo- Copolymere von Olefinen, insbesondere Polyethylen, Polypropylen und/oder Polybuten), vorgesehen. Es können auch mehrere verschiedene Materialien in einem Wirbelbett in Kombination verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält das für die zuvor genannten Materialien umfassende Wirbelbett. Das Wirbelbett kann problemlos der Vorrichtung angepaßt werden. Die Größe der Vorrichtung selbst hängt wiederum von der jeweiligen Anwendung ab, für die die Vorrichtung eingesetzt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung:
30
Figur I.1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Belebungszone und einer Beruhigungszone, wobei die Trägermaterialien durch eine Pumpe zurückgeführt werden, im Grundriß.
35
Figur 1.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer
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Belebungszone und einer Beruhigungszone, wobei die Trägermaterialien durch eine Pumpe zurückgeführt werden, im Längsschnitt.
Figur II.1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie
Figur 1.1 jedoch mit einer zusätzlichen nicht belüfteten Zone für Denitrifikationr im Grundriß.
Figur II.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie Figur 1.2 jedoch mit einer zusätzlichen nicht
belüfteten Zone für Denitrifikation, im Längsschnitt.
Figur III.1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur 1.1 jedoch mit einer nicht belüfteten Zone für
biologische Phosphoreliminierung und einer nicht belüfteten Zone für Denitrifikation, im Grundriß.
Figur III.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur 0 1.2 jedoch mit einer nicht belüfteten Zone für
biologische Phosphoreliminierung und einer nicht belüfteten Zone für Denitrifikation, im Längsschnitt.
Figur IV.1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit
einer Belebungszone und einer Beruhigungszone im Umlaufbecken, im Grundriß.
Figur IV.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Belebungszone und einer Beruhigungszone im Um
laufbecken, im Längsschnitt (nur sinngemäß dargestellt) .
Figur V.l zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur IV.1 jedoch mit einer zusätzlichen nicht belüfte
ten Zone für Denitrifikation im Umlaufbecken, im
Grundriß.
Figur V. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur IV.2 jedoch mit einer zusätzlichen nicht belüfteten Zone für Denitrifikation im Umlaufbecken, im
Längsschnitt (nur sinngemäß dargestellt).
Figur VI.1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur IV. 1 jedoch mit einer nicht belüfteten Zone für biologischen Phosphoreliminierung und einer nicht
belüfteten Zone für Denitrifikation im Umlaufbecken, im Grundriß.
Figur VI.2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung wie Figur IV.2 jedoch mit einer nicht belüfteten Zone für
biologischen Phosphoreliminierung und einer nicht belüfteten Zone für Denitrifikation im Umlaufbecken, im Längsschnitt (nur sinngemäß dargestellt) .
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Die Vorrichtung für das Wirbelbettverfahren kann auch in diskontinuierlichen Belebungsanlagen, beispielsweise SBR-Anlagen, eingesetzt werden. Bei diesen diskontinuierlichen Anlagen werden die verschiedenen Verfahrensschritte, zum Beispiel biologische Phosphorelimination, Denitrifikation, Nitrifikation und Nachklärung in zeitlicher Reihenfolge im einem Becken ablaufen.
Die Befüllung der Vorrichtung mit dem Trägermaterial ist abhängig von der geforderten Leistung und liegt beispielsweise bei einem Verdrängungsvolumenanteil von 2 bis 50%, bevorzugt 5 bis 40%, insbesondere 10 bis 30%.
Die vorliegende Erfindung weist im Vergleich zu den oben angeführten Festbettverfahren des Standes der Technik insbesondere folgende Vorteile auf.
Eine Verstopfung ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschlossen.
Im Wirbelbett werden die Mikroorganismen auf den Trägermaterialien (Trägerkörpern) gleichmäßig belastet und belüftet, so daß eine größtmögliche Ausnutzung des Trägermaterials verfahrenstechnisch realisiert ist.
Es zeigen sich erhebliche betriebstechnische Vorteile dadurch, daß sich das Trägermaterial automatisch in der Beruhigungszone vom Abwasserbelebtschlammgemisch trennt und dadurch keine Fangekonstruktion erforderlich ist.
Durch die sich ständig bewegenden und aneinander reibenden Trägerkörper des Wirbelbettes werden die Schlammflocken im Abwasser zerkleinert. Die spezifische Oberfläche der Schlammflocken wird größer, dadurch die biologische Aktivität in der Belebung wesentlich erhöht.
Durch die ständige Bewegung der Trägerkörper werden die Luftbläschen in der Belebung zerkleinert und erhalten damit eine größere spezifische Oberfläche für einen besseren Gasaustausch. Gleichzeitig bleiben die Luftbläschen länger im Wasser, da die Trägerkörper des Wirbelbettes einen schnellen Aufstieg verhindern. Der Sauerstoffeintrag wird dadurch wesentlich verbessert und die Betriebskosten verringert.
In der Vorrichtung für das Wirbelbettbelebungs-Verfahren kann auch mit geringerem Beckenvolumen eine Nitrifikation erzielt werden. Die langsam wachsenden Nitrifikanten siedeln sich auf der Oberfläche der Trägerkörper des Wirbelbettes an, bleiben im Belebungsbecken und stehen permanent für die Nitrifikation zur Verfügung.
In den Zeichnungen gemäß den Figuren 1.1 bis VI.2 sind einige Ausführungsbeispiele zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Vorrichtung für das Wirbelbettbelebungs-Verfahren in einem Kaskaden- bzw. Umlaufbecken schematisch dargestellt und nachstehend 2 Beispiele mit Denitrifikation und Nitrifikation im Langbecken ( Kaskadenbecken ) und im Umlaufbecken näher erläutert. Ein Umlaufbecken kann selbstverständlich auch kreisförmig ausgebildet sein.
Bei dem in Fig. II. 1 und II.2 gezeigten Kaskadenbecken wird das Rohabwasser über den Zulauf 1 in das Belebungsbecken 2 eingeleitet. Das Abwasser vermischt sich in der Zone 2.2 mit Belebtschlamm, durchfließt das Belebungsbecken 2 weiter und wird dabei unter Zugabe von Luftsauerstoff 2.5 biologisch gereinigt.
Im Belebungsbecken 2 wird zunächst in der Denitrifikationszone 2.2, durch eine oder mehrere Rühreinrichtung(en) 2.7 und/oder hydraulische Mischeinrichtung(en) eine Durchmischung des Trägermaterials mit dem Abwasserbelebtschlammgemisch erzeugt und so das Wirbelbett gebildet. Danach fließt das Gemisch in die Nitrifikationszone 2.3 und wird belüftet. Die Belüftung 2.5 sorgt 0 neben der SauerstoffVersorgung für die Mikroorganismen dafür, daß das Trägermaterial im Abwasser auf den gesamten Beckenquerschnitt durchmischt wird, dies kann gegebenenfalls durch hydraulische und/oder mechanische Einwirkung unterstützt werden.
Nach Durchfließen der Nitrifikationszone 2.3 ist e:ine erfindungsgemäße Beruhigungszone 2.4 angeordnet, in der sich das Trägermaterial vom Abwasserbelebtschlammgemisch trennt. Durch Einbau einer Leitwand 2.6 zu Beginn der Beruhigungszone wird das Aufschwimmen des Trägermaterials begünstigt, so daß die Beruhigungszone verkürzt werden kann. Das Trägermaterial sammelt sich im oberen Bereich des Beckenquerschnittes an der Wasseroberfläche. Das Trägermaterial aus der Beruhigungszone 2.4 wird mit der für die Denitrifikation erforderlichen Rezirkulation 7 in die Denitrifikationszone 2.2 zurückgefördert. Im unteren Bereich der Beruhigungszone 2.4 wird das Abwasserbelebtschlammgemisch abgezogen und dem Nachklärbecken 3 zugeführt. Der Schlamm wird
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dort abgesetzt und als Rücklaufschlairan 4 dem Zulauf des Belebungsbeckens 1 zugeführt. Der Überschußschlamm 5 wird abgezogen und in die Schlammbehandlung geleitet. Das gereinigte Abwasser 6 wird zum Vorfluter (Gewässer) abgeleitet.
5
Bei dem in Fig. V.l und V. 2 gezeigten Umlauf becken wird das Rohabwasser ebenfalls über den Zulauf 1 in das Belebungsbecken 2 eingeleitet. Das Abwasser vermischt sich in der Zone 2.2 mit Belebtschlamm, durchfließt das Belebungsbecken 2 weiter und wird dabei unter Zugabe von Luftsauerstoff 2.5 biologisch gereinigt.
Im Belebungsbecken 2 wird zunächst in der Denitrifikationszone 2.2 zu Beginn eines Umlaufs durch eine oder mehrere Rühreinrichtung (en) 2.7 und/oder hydraulische Mischeinrichtung(en) eine Durchmischung des Trägermaterials mit dem Abwasserbelebtschlammgemisch erzeugt und so das Wirbelbett gebildet. Danach fließt das Gemisch in die Nitrifikationszone 2.3 und wird belüftet. Die Belüftung 2.5 sorgt neben der SauerstoffVersorgung für die Mikroorganismen dafür, daß das Trägermaterial im Abwasser auf dem gesamten Beckenquerschnitt durchmischt wird, dies kann gegebenenfalls durch hydraulische und/oder mechanische Einwirkung unterstützt werden.
Nach Durchfließen der Nitrifikationszone 2.3 ist eine erfindungsgemäße Beruhigungszone 2.4 angeordnet, in der sich das Trägermaterial vom Abwasserbelebtschlammgemisch trennt. Durch Einbau einer Leitwand 2.6 zu Beginn der Beruhigungszone, wird das Aufschwimmen des Trägermaterials begünstigt, so daß die Beruhigungszone verkürzt werden kann. Das Trägermaterial sammelt sich dort im oberen Bereich des Bekenquerschnittes an der Wasseroberfläche. Das Trägermaterial wird dann automatisch mit der Umlaufströmung in die Denitrifikationszone 2.2 zurückgeführt. Im unteren Bereich der Beruhigungszone 2.4 wird das Abwasserbelebtschlammgemisch abgezogen und dem Nachklärbecken 3 zugeführt. Der Schlamm wird hier abgesetzt und als Rücklaufschlamm 4 dem Zulauf des Belebungsbeckens 1 zugeführt. Der
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Überschuß schlämm 5 wird abgezogen und in die Schlainmbehandlung geleitet. Das gereinigte Abwasser 6 wird zum Vorfluter (Gewässer) abgeleitet.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Belebungszone, in der ein Trägermaterial mit der Dichte von 0,8 &rho;Wasser < &rho;Trägermaterial < &rho;Wasser im mit Mikroorganismen bewachsenen Zustand enthalten ist, das im Betrieb mit Abwasserbelebtschlammgemisch durchmischt wird, und eine anschließende Beruhigungszone, in der die turbulente Strömung der Belebungszone beruhigt wird, für die Phasentrennung des Trägermaterials vom Abwasserbelebtschlammgemisch sowie eine Rezirkulationseinheit für die Rückführung des aufgeschwommenen Trägermaterials aus der Beruhigungszone zur Belebungszone umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgeschaltete anoxische Zone mit mechanischer und/oder hydraulischer Durchmischung für die Denitrifikation angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgeschaltete anaerobe Zone mit mechanischer und/oder hydraulischer Durchmischung für die biologische Phosphorelimination angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strömungsleiteinrichtung vor der Beruhigungszone vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein Langbecken (Kaskadenbecken) oder als ein Umlaufbecken ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein Einbecken- Reaktor ausgebildet ist, in dem die verschiedenen Reinigungsschritte nacheinander ausgeführt werden.
DE29923300U 1999-04-12 1999-07-12 Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor Expired - Lifetime DE29923300U1 (de)

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DE1999132903 DE19932903A1 (de) 1999-04-12 1999-07-12 Verfahren zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor
DE29923300U DE29923300U1 (de) 1999-04-12 1999-07-12 Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor

Publications (1)

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DE29923300U Expired - Lifetime DE29923300U1 (de) 1999-04-12 1999-07-12 Vorrichtung zur biologischen Abwasserreinigung unter Verwendung eines Wirbelbettes in einem Bioreaktor

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EP (1) EP1175375A1 (de)
AU (1) AU3956300A (de)
DE (1) DE29923300U1 (de)
WO (1) WO2000061502A1 (de)

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