DD255523B5 - METHOD FOR MICROBIAL REMOVAL OF WATER INGREDIENTS - Google Patents

METHOD FOR MICROBIAL REMOVAL OF WATER INGREDIENTS Download PDF

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DD255523B5
DD255523B5 DD86295750A DD29575086A DD255523B5 DD 255523 B5 DD255523 B5 DD 255523B5 DD 86295750 A DD86295750 A DD 86295750A DD 29575086 A DD29575086 A DD 29575086A DD 255523 B5 DD255523 B5 DD 255523B5
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Erich Dr-Ing Wilinski
Thomas Dipl-Ing Wilhelmi
Ramona Woelker
Aldo Dipl-Ing Wolf
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Berliner Wasser Betriebe
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

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Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Wasserinhaltsstoffen durch besondere Begünstigung des Aufwuchses sessiler Mikroorganismen auf ständig oder zeitweilig innerhalb eines Reaktors bei gleichzeitiger Sauerstoffversorgung zur Zirkulation gebrachten Bewuchsträgern.The invention relates to a method for the microbial degradation of water constituents by special promotion of the growth of sessile microorganisms on constantly or temporarily placed within a reactor with simultaneous oxygenation for circulation Soil carriers.

Bekannt ist ein Verfahren, bei dem das zu behandelnde Wasser die Filterschicht eines Festbettreaktors passiert und dabei durch auf dem Filtermaterial aufwachsende Organismen von biologisch abbaubaren Stoffen befreit wird, wobei ein Teilstrom des Filtrats belüftet und erneut der Filteroberfläche zugeführt wird (DE-OS 3305238).A method is known in which the water to be treated passes through the filter layer of a fixed bed reactor and is freed by growing on the filter material organisms of biodegradable substances, a partial flow of the filtrate is vented and fed back to the filter surface (DE-OS 3305238).

Bei einem weiteren Verfahren,das in bezug auf Wasser und Luft als Gegenstromreaktorzu bezeichnen ist, wird körniges Bewuchsträgermaterial mit einer Dichte knapp unter der des Wassers (1g/cm3 >ς > 0,9 g/cm3) durch abströmendes Wasser in der Schwebe gehalten, wobei ein Aufschwimmen durch Regelung der Abströmgeschwindigkeit der Roste oder Siebe verhindert wird. Im Falle der aeroben Betriebsweise erfolgt eine Belüftung durch Druckluft im Gegenstrom (DE-OS 2841011).In another method, to be referred to as a countercurrent reactor with respect to water and air, granular growth support material having a density just below that of the water (1 g / cm 3 > 0.9 g / cm 3 ) is suspended by effluent water held, with a floating is prevented by regulating the outflow velocity of the grates or screens. In the case of the aerobic mode of operation is aeration by compressed air in countercurrent (DE-OS 2841011).

Bei anderen Verfahren werden feststehende oder bewegliche Bewuchsträger verschiedener Formen und Materialien zwecks Erhöhung der Abbauleistung in speziell geformten Becken angewendet (PE-OS 2839872 und DE-OS 2944804). Weiterhin sind Wirbel- oder Schwebebettverfahren bekannt, bei denen das Bewuchsträgermaterial, häufig Kies oder Sand, durch eine hohe Geschwindigkeit aufwärtsströmenden Wassers in der Wirbelschicht oder im Schwebebett gehalten wird.In other methods fixed or movable Befühsträger of various shapes and materials for the purpose of increasing the degradation performance in specially shaped basins are used (PE-OS 2839872 and DE-OS 2944804). Furthermore, fluidized bed or suspended bed processes are known in which the vegetation carrier material, often gravel or sand, is held by a high velocity upflowing water in the fluidized bed or in the fluidized bed.

Die Nachteile der genannten Verfahren bestehen in einer geringen Ausnutzung des mit der Luft eingetragenen Sauerstoffs infolge kurzer Wasser-Luft-Kontaktstrecken, in der Notwendigkeit, einen großen Förderstrom mit entsprechend hohem Energieaufwand zu erzeugen, um den erforderlichen Sauerstoffeintrag und genügend Turbulenz zu erreichen oder Druckluft für die Sauerstoffversorgung bereitstellen zu müssen.The disadvantages of the said methods consist in a low utilization of the oxygen introduced by the air due to short water-air contact distances, in the need to generate a large flow rate with a correspondingly high energy consumption to achieve the required oxygen input and sufficient turbulence or compressed air for to provide the oxygen supply.

Festbettreaktoren bedingen einen Filterboden für den Filtratabzug, die Rück- oder Freispülung mit sowohl konstruktiv als auch betriebstechnisch bedingtem zusätzlichem Aufwand. Sofern keine Rückspülbarkeit vorgesehen wird, ist eine Mindestkorngröße des Bewuchsträgermaterials erforderlich, um die selbsttätige Freispülung von Bakterienschlamm sicherzustellen, wodurch die Aufwuchsfläche für die Mikroorganismen begrenzt wird. Die Bodenkonstruktionen selbst sind verstopfungsgefährdet.Fixed bed reactors require a filter bottom for the filtrate, the return or free flushing with both constructive and operationally conditioned additional effort. If no backwash capability is provided, a minimum grain size of the fouling carrier material is required to ensure the automatic leaching of bacterial mud, thereby limiting the growth area for the microorganisms. The floor constructions themselves are clogged.

Das Verfahren nach dem Gegenstromprinzip ist mit den Nachteilen behaftet, daß zur Sicherstellung des Schwebezustandes des Bewuchsträgermaterials ständig eine konstante Geschwindigkeit der Abwärtsströmung gewährleistet und die Luft mittels gesonderter Aggregate in gleichmäßiger Verteilung über den Querschnitt genau dosiert eingegeben werden muß.The process according to the countercurrent principle has the disadvantages that to ensure the floating state of the Befuchtträgermaterials constantly ensures a constant speed of the downward flow and the air must be accurately metered by means of separate units in uniform distribution over the cross section.

Durch zusätzliche Roste oder Siebe werden hydraulische Verluste verursacht, die infolge Verstopfung vergrößert werden.Additional grates or screens cause hydraulic losses which increase due to clogging.

Der Einsatz feststehender Bewuchsträger in Belebungsanlagen der Abwasserbehandlung unter Anwendung verschiedenartiger Belüftungssysteme setzt aufwendige Befestigungseinrichtungen und eine große Eigenstabilität des Bewuchsträgermaterials voraus.The use of fixed vegetation carriers in activated sludge treatment plants using various types of ventilation systems requires complex fastening devices and a high intrinsic stability of the vegetation carrier material.

Die Wirbel- oder Schwebebettverfahren haben den Nachteil, daß diezur Sicherung der erforderlichen Aufwärtsgeschwindigkeit aufzubringende Energie hoch und ein Abrieb des Aufwuchses wie auch des Bewuchsträgermaterials selbst unvermeidbar sind.The fluidized or fluidized bed methods have the disadvantage that the energy to be applied to secure the required upward speed is high and wear of the growth as well as the bedding material itself is unavoidable.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das bei Vermeidung der angeführten Nachteile optimale Lebensbedingungen für sessile Mikroorganismen und deren Stoffwechselprozesse schafft, um eine hohe Abbauleistung auf geringstem Raum und mit geringstem Energieaufwand zu gewährleisten.The aim of the invention is a method that creates optimal living conditions for sessile microorganisms and their metabolic processes while avoiding the disadvantages mentioned, in order to ensure a high degradation performance in the smallest space and with minimal energy consumption.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum mikrobiellen Abbau von Wasserinhaltsstoffen durch besondere Begünstigung des Aufwuchses sessiler Mikroorganismen auf Bewuchsträgern zu schaffen, bei dem die Bewuchsträger durch aufeinander abgestimmte Fließgeschwindigkeiten innerhalb gegeneinander abgegrenzter Räume eines Reaktors zeitweilig oder ständig, teilweise oder in ihrer Gesamtheit mit den Volumenströmen der Zirkulation gebracht werden und die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen durch Belüftung eines Volumenteilstroms gewährleistet wird, der zugleich die erforderlichen Fließgeschwindigkeiten im Reaktor erzeugt.The invention has for its object to provide a method for microbial degradation of water constituents by special favoring the growth of sessile microorganisms on vegetation carriers, in which the vegetation carriers by matched flow rates within mutually delimited spaces of a reactor temporarily or continuously, partially or in their entirety the volume flow of the circulation are brought and the oxygen supply of the microorganisms is ensured by aeration of a volumized part flow, which also generates the required flow rates in the reactor.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gelöst, bei dem ein konstanter oder in bestimmten Grenzen variierbarer Volumenteilstrom außerhalb des Reaktors durch Unterdruckerzeugung in einer Düse oder Fallstrecke mit atmosphärischer Luft versetzt und zusammen mit dem Volumenteilstrom in vorbestimmter Tiefe in einen abgegrenzten vorzugsweise zylindrischen inneren Reaktorbereich eingeleitet wird. Die dadurch initiierte Aufwärtsströmung bewirkt eine den Volumenteilstrom um ein Mehrfaches übertreffende Gesamtförderung des zu behandelnden Wassers an die Wasseroberfläche des Reaktors und außerhalb des zylindrischen Reaktorbereiches eine vorbestimmte Abwärtsströmung, die die vorzugsweise schwimmfähigen Bewuchsträger passiert oder auch durchdringt und den sessilen Mikroorganismen den von der Lufteintragsstelle bis hierhin im Wasser gelösten Sauerstoff zuführt. Der Randraum zwischen dem zylindrischen inneren Reaktorbereich und den Reaktorwänden wird in einer solchen Höhe mit Bewuchsträgern gefüllt, daß in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit entweder die Gesamtmasse der Bewuchsträger oder eine wählbare Teilmenge vom Förderstrom im zylindrischen Reaktorbereich erfaßt und an die Wasseroberfläche gefördert wird. Auf diese Weise werden die Bewuchsträger einer kontinuierlichen Ortsveränderung im Reaktor ausgesetzt, der gesamte Reaktorraum als Behandlungszone genutzt und ein Verbacken infolge des Aufwuchses von Mikroorganismen ausgeschlossen.According to the invention, the object is achieved by a method in which a constant or within certain limits variable volumetric flow outside of the reactor by negative pressure generation in a nozzle or drop section with atmospheric air and introduced together with the partial volume flow at a predetermined depth in a delimited preferably cylindrical inner reactor area , The upward flow initiated thereby effects a total discharge of the water to be treated on the water surface of the reactor and beyond the cylindrical reactor region a predetermined downward flow which passes or penetrates the preferably buoyant growth carriers and the sessile microorganisms from the air introduction point up to here supplies dissolved oxygen in the water. The marginal space between the cylindrical inner reactor region and the reactor walls is filled with growth carriers at such a height that, depending on the flow velocity, either the total mass of the vegetation carriers or a selectable subset is detected by the flow in the cylindrical reactor region and conveyed to the water surface. In this way, the vegetation carriers are exposed to a continuous change of location in the reactor, the entire reactor space is used as a treatment zone and caking due to the growth of microorganisms excluded.

Überschüssiger Schlamm wird aus dem Reaktor kontinuierlich mit dem Abfluß des gereinigten Wassers ausgetragen.Excess sludge is discharged from the reactor continuously with the effluent of the purified water.

Bei Einhaltung einer volumenbezogenen Oberfläche und der Dichte des Bewuchsträgermaterials in dessen Größe frei wählbar in den Größen 0,05 <d<50mm. Die Reaktorgröße ist zwischen Kleinstanlagen, beispielsweise für die Reinigung von Aquarienwasser bis zu Aufbereitungsanlagen für die Industrie oder Großstädte realisierbar.In compliance with a volume-related surface and the density of the vegetation carrier material in its size freely selectable in the sizes 0.05 <d <50mm. The size of the reactor can be realized between very small plants, for example for the purification of aquarium water up to treatment plants for industry or large cities.

Mit dem hydraulischen System wird eine 20- bis 180fache Umwälzung pro Stunde im Reaktor erzeugt, wobei die hydraulische Belastung, bezogen auf die Oberfläche des Randraumes des Reaktors, zwischen vorzugsweise 50 und 200m3 x h"1 χ m~2 gewählt wird.With the hydraulic system, a 20 to 180-fold circulation per hour is generated in the reactor, wherein the hydraulic load, based on the surface of the peripheral space of the reactor, between preferably 50 and 200m 3 x h " 1 χ m ~ 2 is selected.

Die Umwälzleistung und ausreichende Sauerstoffversorgung wird mit einem Luft-Wasser-Faktor β > 0,25 des belüfteten Volumenstromes erreicht.The recirculation capacity and sufficient oxygen supply is achieved with an air-water factor β> 0.25 of the ventilated volume flow.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird an folgendem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erläutert:The method according to the invention is explained by the following embodiment shown in FIG. 1:

Aus dem in einen Reaktor 1 eingeleiteten Wasser, das einer mikrobiellen Behandlung unterzogen werden soll, wird mittels einer Pumpe 2 ein Volumenteilstrom 3 entnommen, in einer Düse 4 mit atmosphärischer Luft 5 versetzt und von unten in einen dort und oben offenen zylindrischen Reaktorbereich 6 geleitet. Der zylindrische Reaktorbereich 6 beginnt in vorbestimmter Höhe über dem Reaktorboden 7 und endet unterhalb der Wasseroberfläche 8 im Reaktor 1.From the water introduced into a reactor 1, which is to be subjected to a microbial treatment, a volume part stream 3 is removed by means of a pump 2, mixed with atmospheric air 5 in a nozzle 4 and passed from below into a cylindrical reactor area 6 open at the top and there. The cylindrical reactor region 6 begins at a predetermined height above the reactor bottom 7 and ends below the water surface 8 in the reactor 1.

Der durch den zylindrischen inneren Reaktorbereich 6 abgegrenzte Randraum 9 des Reaktors 1 ist mit schwimmfähigen Bewuchsträgern 10 gefüllt, deren Masse oben nur wenig über die Wasseroberfläche 8 hinausragt und nahe dem unteren Zylinderrand endet. Mit dem in den zylindrischen Reaktorbereich 6 eingeleiteten Wasser-Luft-Gemisch 11 wird eine den von der Pumpe 2 erzeugten Volumenteilstrom 3 mehrfach übertreffende Wassermenge an die Wasseroberfläche 8 mitgefördert und zugleich mit Sauerstoff aus der eingetragenen Luft 5 angereichert. Das mit Sauerstoff angereicherte Wasser wird nach Abscheiden der Luftblasen an der Wasseroberfläche 8 in Richtung Reaktorboden 7 zurückgeführt, durchfließt dabei die Bewuchsträger 10, aufweichen (gegebenenfalls durch Animpfen) sessile Mikroorganismen zum Aufwuchs gebracht werden, und versorgt diese mit Sauerstoff. Die dabei entstehende Sauerstoffzehrung wird durch Wiedereinleitung des Wassers in den zylindrischen Reaktorbereich 6 und dort stattfindende Sauerstoffanreicherung kompensiert. Die Aufstiegsgeschwindigkeit des Wassers im zylindrischen Reaktorbereich 6 und die Abstiegsgeschwindigkeit im Randraum 9 sind so aufeinander abgestimmt, daß einerseits eine hohe Zirkulation des Wassers im Reaktor 1 erfolgt, andererseits aber die Auftriebsgeschwindigkeit der Bewuchsträger 10 größer ist als die Abstiegsgeschwindigkeit des Wassers. Ferner ist die Aufstiegsgeschwindigkeit im zylindrischen inneren Reaktorbereich 6 so groß, daß die nahe dem unteren Zylinderrand befindlichen Bewuchsträger 10 von ihr an die Wasseroberfläche 8 mitgerissen werden, wo sie die oben befindlichen Bewuchsträger 10 überlagern und die gesamte Masse der Bewuchsträger 10 im Randraum 9 langsam weiter nach unten drücken, wodurch erneut die untersten Bewuchsträger von der Strömung im zylindrischen Reaktorbereich 6 mitgerissen werden.The demarcated by the cylindrical inner reactor region 6 edge space 9 of the reactor 1 is filled with buoyant Bewuchsträgern 10 whose mass protrudes above only slightly above the water surface 8 and ends near the lower edge of the cylinder. With the water-air mixture 11 introduced into the cylindrical reactor region 6, a quantity of water 3 which exceeds the volume flow 3 which is generated by the pump 2 is conveyed to the water surface 8 and at the same time enriched with oxygen from the introduced air 5. The oxygen-enriched water is returned after deposition of the air bubbles on the water surface 8 in the direction of the reactor bottom 7, thereby flows through the vegetation carrier 10, where (possibly by seeding) sessile microorganisms are brought to the growth, and supplies them with oxygen. The resulting oxygen depletion is compensated by reintroduction of the water into the cylindrical reactor region 6 and oxygen enrichment taking place there. The rate of rise of the water in the cylindrical reactor area 6 and the descent rate in the edge space 9 are coordinated so that on the one hand a high circulation of water in the reactor 1 takes place, but on the other hand, the buoyancy of the vegetation carrier 10 is greater than the descent rate of the water. Furthermore, the rate of ascent in the cylindrical inner reactor region 6 is so great that the vegetation carriers 10 located near the lower edge of the cylinder are entrained by it to the water surface 8, where they overlay the vegetation carriers 10 located above and slowly continue the entire mass of the vegetation carriers 10 in the edge space 9 press down, which again entrained the bottom vegetation carrier of the flow in the cylindrical reactor region 6.

Auf diese Weise erfolgt sukzessive und kontinuierlich eine Umlagerung der gesamten Bewuchsträger 10. Der Zufluß 12 zum Reaktor 1 wird so geregelt, daß die für den geforderten mikrobiellen Abbau der Wasserinhaltsstoffe innerhalb einer vorbestimmten Reaktionszeit aesetzten Bedinaunaen erfüllt werden, während der Abfluß 13 als Überlauf selbsttätio erfolot.In this way, successively and continuously a rearrangement of the entire Bewuchsträger 10. The inflow 12 to the reactor 1 is controlled so that the required for the required microbial degradation of water constituents within a predetermined reaction time Bedinaunaen be met while the outflow 13 selbstzutio sucess as overflow ,

Claims (7)

1. Verfahren zur kontinuierlichen mikrobiellen Reinigung von Wasser unter Verwendung körniger oder speziell geformter Bewuchsträger, die eine große spezifische Oberfläche als Aufwuchsfläche für sessile Mikroorganismen aufweisen und einen Reaktorraum vollständig oder teilweise ausfüllen, gekennzeichnet dadurch, daß das Wasser und die Bewuchsträger mit Hilfe eines belüfteten Volumenteilstroms von Wasser ständig oder bedarfsweise gemeinsam zur Zirkulation gebracht werden und mit der Belüftung des Wasserteilstroms gleichzeitig der für die Stoffwechselprozesse der Mikroorganismen erforderliche Sauerstoff eingetragen wird, wobei der gesamte Reaktorraum als Behandlungszone genutzt wird und die Dichte der Bewuchsträger zwischen 1,1-0,9 g/cm3 beträgt.Anspruch [en] A process for the continuous microbial purification of water using granular or specially shaped growth carriers which have a large specific surface area as growth surface for sessile microorganisms and which completely or partially fill a reactor space, characterized in that the water and the vegetation carriers are separated by means of a ventilated volume partial flow be brought together by circulation of water constantly or if necessary together with the aeration of the water partial flow of the required for the metabolic processes of microorganisms oxygen, wherein the entire reactor space is used as a treatment zone and the density of the vegetation carrier between 1.1-0.9 g / cm 3 . 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der belüftete Volumenteilstrom des Wassers nahe dem Reaktorboden in einen zylindrischen Reaktorraum eingeleitet wird, in welchem mit Hilfe des Wasser-Luft-Gemisches des Volumenteilstroms ein den Volumenteilstrom um das Mehrfache übertreffender Gesamtförderstrom erzeugt wird, dessen Fließgeschwindigkeit vielfach größer ist als die Sinkgeschwindigkeit des Bewuchsträgermaterials einer Dichte > 1 g/cm3 und durch den die Bewuchsträger in die Zirkulation einbezogen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the aerated volumetric flow of water is introduced near the bottom of the reactor in a cylindrical reactor space in which by means of the water-air mixture of the volumetric flow part of the volume flow is exceeded by several times more than the total output flow is generated Flow rate is often greater than the rate of descent of the vegetation carrier material of a density> 1 g / cm 3 and by which the vegetation carriers are included in the circulation. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zirkulation der Bewuchsträger einer Dichte < 1 g/cm3 durch Änderung der Zirkulationsgeschwindigkeit des Wassers bedarfsweise herbeigeführt und in der Zwischenzeit das sauerstoffreiche Wasser durch die als Filterschicht wirkende Masse der Bewuchsträger hindurchgeleitet wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the circulation of the growth carrier a density <1 g / cm 3 caused by changing the circulation rate of the water as needed and in the meantime, the oxygen-rich water is passed through the acting as a filter layer mass of the vegetation carrier , 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Bewuchsträger der Dichte4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the vegetation carrier density <1 g/cm3 ständig in einer vorbestimmten Menge der unteren Lamelle der Masse der Bewuchsträger entnommen und mit dem Aufwärtsstrom im Steigrohr auf die oberen Bewuchsträger aufgeschichtet wird.<1 g / cm 3 is constantly removed in a predetermined amount of the lower lamella of the mass of the vegetation carrier and piled up with the upward flow in the riser to the upper vegetation carrier. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die für die Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen und für die Erzeugung der Zirkulation im Reaktor erforderliche Luft ohne zusätzliche Luftverdichteranlage in den Wasserteilstrom eingemischt wird, wobei der Luft-Wasser-Faktor β vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6 beträgt.5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the required for the oxygen supply of microorganisms and for the generation of circulation in the reactor air is mixed without additional air compressor plant in the partial water flow, wherein the air-water factor β preferably between 0, 2 and 0.6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als Bewuchsträgermaterial ein Gemisch aus Bewuchsträgern unterschiedlicher Dichte eingesetzt wird.6. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a mixture of different types of vegetation carriers is used as the vegetation carrier material. 7. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Relativgeschwindigkeit des Wassers gegenüber dem Bewuchsträgermaterial zwischen 0 und 300m/h beträgt, vorzugsweise zwischen 0 und 200 m/h.7. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the relative speed of the water relative to the vegetation carrier material is between 0 and 300m / h, preferably between 0 and 200 m / h.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008007530A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 Multi Umwelttechnologie Ag Method and reactor for biological cleaning of water such as process water and wastewater by using solid bodies, comprise storing the bodies in a reactor in a suspension state and in a constant motion, and adhering a biofilm to the bodies
DE102008004930A1 (en) * 2008-01-18 2009-08-06 Multi Umwelttechnologie Ag Method for biological cleaning of water under use of two different solid bodies, comprises holding the solid bodies in a reactor in floating condition and in constant movement, where a biofilm adheres on the solid bodies

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DE102008007530A1 (en) * 2008-02-05 2009-08-06 Multi Umwelttechnologie Ag Method and reactor for biological cleaning of water such as process water and wastewater by using solid bodies, comprise storing the bodies in a reactor in a suspension state and in a constant motion, and adhering a biofilm to the bodies

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