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BEREICH DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Metallfiltrationssysteme. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System zur Gestaltung von Algenmattenbeuteln zur Filterung von schwermetallbelastetem Wasser zur Reduzierung der Metallverschmutzung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Filtrationstechnik für schwermetallverschmutztes Wasser, das durch den Kohlebergbau, unterirdisches Wasser, industrielle Abwässer usw. verursacht wird. Die Menschen, die in der Nähe von Kohleabbaugebieten leben, sind mit enormer Wasserknappheit konfrontiert, da kein Süßwasser zur Verfügung steht. Filter werden im täglichen Leben von Menschen aus allen Gesellschaftsschichten sowohl in Industrie- als auch in Entwicklungsländern verwendet, um Verunreinigungen zu entfernen und den Geschmack des Trinkwassers zu verbessern.
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In der Vergangenheit wurden verschiedene Wasserfiltrationsverfahren zur Verbesserung der Trinkwasserqualität vorgestellt.
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Gupta und Agrawal (2007) untersuchten auch die Auswirkungen verschiedener physikalischer und chemischer Stressfaktoren auf das Überleben und die Beweglichkeit von Kieselalgenarten wie Navicula grimmei und Nitzschia palea. Lamai et al. (2005) berichteten über die Zerstörung der Chloroplasten bei höheren Pb- und Cd-Konzentrationen.
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Eine weitere wichtige Strategie von Algengemeinschaften, die Stress ausgesetzt sind, ist ihre Fähigkeit, Metalle entweder durch Absorption oder Adsorption zu akkumulieren. Grünalgen sind dafür bekannt, dass sie Metalle aus dem sie umgebenden Wasser entfernen, was durch viele Studien aus AMD-Systemen und Laborstudien belegt wurde. Kaonga et al. (2008) berichteten über höhere Metallkonzentrationen in Spirogyra aequinoctialis als im entsprechenden Wasser in Abhängigkeit vom pH-Wert in Trocken- und Regenzeiten. Okuo et al. (2006) untersuchten die Adsorptionskapazität von Süßwasseralgen (Spirogyra) zur Entfernung von Cr6+ und Cu 2+ Ionen aus wässrigen Lösungen. Nabizadeh et al. (2006) untersuchten ebenfalls die Aufnahmekapazität von Blei(II) und Cadmium(II) durch Sargassum sp Biomasse aus wässrigen Lösungen. Fereshteh und Yassaman (2007) untersuchten die Arsenkonzentration des Oberflächenwassers im Chelpo-Gebiet in verschiedenen Jahreszeiten und die Effizienz der Entfernung dieses Metalls durch Chara vulgaris. Kelly (1988); Sharma und Azeez (1988) berichteten, dass die Konzentration Faktor für Schwermetalle ist bei den verschiedenen Algenarten sehr unterschiedlich, aber in der Regel nimmt die Anreicherung in Algen zu, wenn die Metallkonzentration im Wasser abnimmt. Sobhan et al. (1999) berichteten, dass Grünalgen, Cladophora glomerata, Cadmium mit sehr hoher Effizienz aus dem Wasser entfernen können. Verb und Vis (2001) berichteten über das Vorherrschen von chlorophytischen fadenförmigen Grünalgen, nämlich Klebsormidium rivulare und Microspora tumidula, in von AMD betroffenen Gewässern und deren Fähigkeit, Schwermetalle aus Kohlebergbaugebieten zu entfernen. Lamai et al. (2005) berichteten ebenfalls über die Akkumulation von Cadmium und Blei durch die filamentösen Grünalgen Cladophora fracta bei unterschiedlichen Konzentrationen und Expositionszeiten. Bishnoi et al. (2004) berichteten über Adsorptionskapazität, quantitative Aufnahme und Akkumulation von Kupfer durch Spirogyra sp. Kürzlich zeigte Kumar (2012) in seiner Studie, dass getrocknete Biomasse von Spirogyra hyalina ein großes Potenzial als Biosorptionsmittel für die Sorption von Cd, Hg, Pb, As und Co hat. In den meisten Fällen, in denen sich ein niedriger pH-Wert und hohe Metallkonzentrationen nachteilig auf Wasserorganismen auswirken, wurden in diesen Bereichen oft auffällige hellgrüne Algenmatten beobachtet, die aus fadenförmigen Taxa wie Klebosormidium-, Microspora-, Mougetia-, Ulothrix- und Stigeoclonium-Arten bestehen (Bennett 1969; Rai et al., 1981; Sabatar 1983; Lawrence et al., 1998; Whitton und Kelly 1995; Vis und Verb 2001, 2005). Singh (2005) berichtete über hohe Konzentrationen toxischer Metalle, die sich negativ auf aquatische Systeme in verschiedenen Bächen und Flüssen des Jaintia Hills Distrikts auswirkten. Später berichteten Das und Ramanujam (2011) über dasselbe in verschiedenen Bächen des Jaintia Hills Distrikts und zusätzlich über das Muster der Metallakkumulation durch die dominanten Algen dieser Bäche.
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US20190382282A1 offenbart ein tragbares, persönliches Gerät zur Aufbereitung von Trinkwasser, das ein im Allgemeinen röhrenförmiges oder zylindrisches Filtergehäuse umfasst, das Filtermedien und wasserdurchlässige Siebe oder Maschen oder Filze oder Membranen oder Netzschichten an den oberen und unteren Enden des Filters enthält. Das Design des Geräts beinhaltet die äußere und innere Kontur des Filters und ermöglicht den effizienten und schnellen Schwerkraftfluss des Wassers durch den Filter. Die Vorrichtung kann so konfiguriert werden, dass das Wasser zunächst durch ein oberes Reservoir zur Aufnahme von Wasser geleitet wird, gefolgt von einem porösen Netz, gefolgt von einer Granulatfiltration und antimikrobiellen Medien, die durch die turbulente Bewegung des einfließenden Wassers aufgewirbelt werden, gefolgt von einem porösen Netz, bevor es in ein haltbares und wiederverwendbares Wasserauffanggefäß gelangt.
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KR101947994B1 offenbart eine Wasseraufbereitungsvorrichtung, die eine Filtereinheit mit einem Entionisierungsfilter zum Entfernen von gelösten Feststoffen, die in Wasser enthalten sind, das durch Stromzufuhr zugeführt wird; ein Auslaufelement zum Abziehen des gefilterten Wassers aus der Filtereinheit; und eine Gesamtmenge an gelösten Feststoffen (TDS), die in dem in dem Entionisierungsfilter gefilterten Wasser vorhanden ist, oder eine Stromquelle, die an den Entionisierungsfilter angelegt wird, um die Reduktionsrate der Gesamtmenge an gelösten Feststoffen durch den Entionisierungsfilter zu steuern, und eine Steuereinheit umfasst.
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US8097168B2 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Abwasser, bei dem Schwefeldioxid und eine chemische Entwässerungstechnologie mit Kalk in Verbindung mit einem biologischen Behandlungssystem für Photobiomasse/Algen eingesetzt wird, in dem Photobiomasse/Algen gezüchtet werden, um gelöste Feststoffe, Schwermetalle und Ammoniak im Abwasser zu reduzieren und wiedergewonnenes, behandeltes Abwasser für den Verbrauch in der Vegetation, als Rohstoff für Biokraftstoff und für Biokraftstoff- und Kohlenstoffgutschriften zu erzeugen.
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Der oben genannte Stand der Technik offenbart jedoch verschiedene Arten von Abwasser- und Trinkwasseraufbereitungssystemen, die komplex, zeitaufwendig und effizient sind, um die Schwermetalle aus bergbaubedingtem Wasser oder anderem metallverschmutztem Wasser wie Grundwasser zu entfernen.
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Daher besteht die Notwendigkeit, einen einfachen, effizienten, schnellen und umweltfreundlichen Metallfiltrationsbeutel zu entwickeln, um die Metallverschmutzung vor allem in bergbaubeeinflusstem Wasser oder anderen metallverschmutzten Gewässern wie Grundwasser zu reduzieren.
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Die durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Fortschritte überwinden die Einschränkungen und Nachteile bestehender und konventioneller Systeme und Methoden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System zur Gestaltung von Algenmattenbeuteln zur Filterung von schwermetallbelastetem Wasser zur Reduzierung der Metallverschmutzung.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Metallfilterbeutel zu entwickeln;
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung der Metallverschmutzung von Abwässern;
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen, effizienten, schnellen und umweltfreundlichen Metallfiltrationsbeutels zur Verringerung der Metallverschmutzung, insbesondere in bergbaubeeinflusstem Wasser oder anderem metallverschmutztem Wasser, wie z.B. Grundwasser; und
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Algenmattenbeuteln, die nachweislich in der Lage sind, organische Verunreinigungen in der gelösten Phase innerhalb von Sekunden bis Minuten aus dem Wasser zu adsorbieren, und die außerdem einen niedrigen biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) und einen niedrigen Gehalt an gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) in dem zu behandelnden Wasser ergeben.
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In einer Ausführungsform ein System zum Entwerfen von Metallfiltrationsbeuteln zur Reduzierung der Metallverschmutzung, wobei das System Folgendes umfasst:
- eine Aufbereitungseinheit (102) zur Kultivierung der Algenarten und zur Massenkultivierung der isolierten stresstoleranten Alge, um eine große Biomasse zu erhalten;
- eine Verarbeitungseinheit (104) zur Vorbereitung von Material für die Entwicklung von Algenmattenbeuteln, wobei die Biomasse von kultivierten Algenarten getrocknet und dann zu Pulver gemahlen wird, das in den ersten Einsatz eines normalen Filters eingesetzt wird; und
- eine abschließende Entwicklungseinheit (106) zur Entwicklung von Algenmattenbeuteln durch Verpacken des vorbereiteten Pulvers in teebeutelähnliche Beutel zum Filtern von schwermetallbelastetem Wasser.
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In einer Ausführungsform besteht der Algenmattensack aus drei Grünalgen, nämlich Microspora quadrata und Klebosormedium acidophylum und Spirogyra aequinoctialis im Verhältnis 3:1:1, wobei jeder Algenmattensack 1-3 g einer Vielzahl von getrockneten Algen enthält.
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In einer Ausführungsform wird die Algenbiomasse getrocknet und zu Pulver gemahlen, so dass die Metalle vollständig entfernt werden, und das Abwasser wird zur Filtration aufbereitet.
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Um die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung weiter zu verdeutlichen, wird eine genauere Beschreibung der Erfindung durch Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen davon, die in den beigefügten Figuren dargestellt ist, gemacht werden. Es wird davon ausgegangen, dass diese Figuren nur typische Ausführungsformen der Erfindung zeigen und daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten sind. Die Erfindung wird mit zusätzlicher Spezifität und Detail mit den beigefügten Figuren beschrieben und erläutert werden.
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Figurenliste
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gelesen wird, in denen gleiche Zeichen gleiche Teile in den Figuren darstellen, wobei:
- 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Konstruktion von Algenmattenbeuteln zur Filterung von schwermetallbelastetem Wasser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 2 ein Blockdiagramm eines Systems zur Filterung von schwermetallbelastetem Wasser durch den Einsatz von entwickelten Algenmattenbeuteln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die Elemente in den Figuren der Einfachheit halber dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet wurden. Die Flussdiagramme veranschaulichen beispielsweise das Verfahren anhand der wichtigsten Schritte, um das Verständnis der Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Darüber hinaus kann es sein, dass eine oder mehrere Komponenten der Vorrichtung in den Figuren durch herkömmliche Symbole dargestellt sind, und dass die Figuren nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Figuren nicht mit Details zu überfrachten, die für Fachleute, die mit der vorliegenden Beschreibung vertraut sind, leicht erkennbar sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird nun auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und diese mit bestimmten Worten beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weitere Modifikationen des dargestellten Systems und solche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Grundsätze der Erfindung in Betracht gezogen werden, wie sie einem Fachmann auf dem Gebiet der Erfindung normalerweise einfallen würden.
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Der Fachmann wird verstehen, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd für die Erfindung sind und diese nicht einschränken sollen.
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Wenn in dieser Beschreibung von „einem Aspekt“, „einem anderen Aspekt“ oder ähnlichem die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Daher können sich die Ausdrücke „in einer Ausführungsform“, „in einer anderen Ausführungsform“ und ähnliche Ausdrücke in dieser Beschreibung alle auf dieselbe Ausführungsform beziehen, müssen es aber nicht.
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Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“ oder andere Variationen davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, so dass ein Verfahren oder eine Methode, die eine Liste von Schritten umfasst, nicht nur diese Schritte einschließt, sondern auch andere Schritte enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder zu einem solchen Verfahren oder einer solchen Methode gehören. Ebenso schließen eine oder mehrere Vorrichtungen oder Teilsysteme oder Elemente oder Strukturen oder Komponenten, die mit „umfasst...a“ eingeleitet werden, nicht ohne weitere Einschränkungen die Existenz anderer Vorrichtungen oder anderer Teilsysteme oder anderer Elemente oder anderer Strukturen oder anderer Komponenten oder zusätzlicher Vorrichtungen oder zusätzlicher Teilsysteme oder zusätzlicher Elemente oder zusätzlicher Strukturen oder zusätzlicher Komponenten aus.
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Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Das System, die Methoden und die Beispiele, die hier angegeben werden, dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht als Einschränkung gedacht.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (100) zum Entwerfen von Algenmattenbeuteln zum Filtern von mit Schwermetallen verunreinigtem Wasser, wobei das System (100) Folgendes umfasst: eine Vorbereitungseinheit (102); eine Verarbeitungseinheit (104); und eine Endentwicklungseinheit (106).
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In einer Ausführungsform wird eine Aufbereitungseinheit (102) zur Kultivierung der Algenart und zur Massenkultivierung der isolierten stresstoleranten Alge verwendet, um eine große Biomasse zu erhalten.
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In einer Ausführungsform wird eine Verarbeitungseinheit (104) verwendet, um Material für die Entwicklung von Algenmattenbeuteln vorzubereiten, wobei die Biomasse der kultivierten Algenarten getrocknet und dann zu Pulver gemahlen wird, das in den ersten Einsatz eines normalen Filters eingesetzt wird.
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In einer Ausführungsform wird eine abschließende Entwicklungseinheit (106) für die Entwicklung der Algenmattenbeutel verwendet, indem das vorbereitete Pulver in Beutel ähnlich wie Teebeutel verpackt wird, um schwermetallverschmutztes Wasser zu filtern.
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In einer Ausführungsform besteht der Algenmattensack aus drei Grünalgen, nämlich Microspora quadrata, Klebosormedium acidophylum und Spirogyra aequinoctialis im Verhältnis 3:1:1, wobei jeder Algenmattensack 1-3 g einer Vielzahl von getrockneten Algen enthält.
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In einer Ausführungsform wird die kultivierte Algenbiomasse getrocknet und zu Pulver gemahlen, so dass die Metalle vollständig entfernt werden, und das Abwasser wird zur Filtration aufbereitet.
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2 zeigt ein Blockdiagramm eines Systems (200) zum Filtern von mit Schwermetallen verunreinigtem Wasser durch den Einsatz von entwickelten Algenmattenbeuteln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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In einer Ausführungsform umfasst ein System zum Filtern von mit Schwermetallen verunreinigtem Wasser durch die Anwendung von entwickelten Algenmattensäcken: einen Einlass (202), einen ersten Behälter (204), einen Algenmattensack (204a), einen zweiten Behälter (206), einen dritten Behälter (208) und einen Auslass (210).
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Der Einlass (202) dient zur Durchleitung des Abwassers zur Filtration.
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Der erste Behälter (204) ist mit dem Einlass (202) verbunden, um Metall aus dem Abwasser zu entfernen, wobei der erste Behälter (204) mindestens einen Algenmattensack (204a) umfasst, der 1 bis 3 g einer Vielzahl von getrockneten Algen enthält, um im Wasser gelöste Metalle zu hydratisieren und zu binden. Die getrockneten Algen bestehen aus drei Grünalgen, nämlich Microspora quadrata, Klebosormedium acidophylum und Spirogyra aequinoctialis in einem Verhältnis von 3:1:1. Die Algenbiomasse wird getrocknet und zu Pulver zermahlen, so dass die Metalle vollständig entfernt werden, und das Abwasser wird zur Filtration aufbereitet. Der Algenmattenbeutel (204a) wird nach einem vorgeschriebenen Zeitraum von 2 Stunden aus dem behandelten Wasser entfernt.
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Der zweite Behälter (206) und ein dritter Behälter (208) sind unterhalb des ersten Behälters (204) gestapelt, um Schwebeteilchen mit bekannten Materialien wie Kalkstein, Holzkohle, Stein, Kiesel und Sand zu entfernen.
- 1. Der zweite Behälter (206) dient zur Behandlung von Kalkstein und der dritte Behälter (208) zur Behandlung von Holzkohle, Steinen, Kieselsteinen und Sand. Die toxischen Metalle wie Fe, Mn, Pb, Ni, Zn, Cu werden entfernt und unter den vom Bureau of Indian Standards (BIS) für Trinkwasser vorgeschriebenen Grenzwert gebracht.
| S Nei n | Sequestrieru ng von Metallen (ppm) | Vor der Filtration | Nach der Filtration | Wünschenswer ter Grenzwert der BIS | BIS Zulässig er Grenzwe rt |
| 1 | Fe | 2.22±0.25 | 0.18±0.05 | 0.03mg/l | 1.0mg/l |
| 2 | Pb | 1.21±0.11 | 0.003±0.0 05 | 0.05mg/l | No relaxatio n |
| 3 | Zn | 0.76±0.01 0 | 0.27±0.08 | 5mg/l | 15mg/l |
| 4 | Cu | 0.060±0.0 06 | 0.01±0.00 6 | 0.05mg/l | 1.5mg/l |
| 5 | Ni | 0.98±0.00 8 | 0.04±0.07 | 2mg/l | 0.9mg/l |
| 6 | Mn | 0.863±0.0 21 | 0.069±0.0 36 | 0.1mg/l | 0.03mg/ l |
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BIS: Büro für indische Standards
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Der Auslass (210) ist mit dem dritten Behälter (208) zum Auffangen des gefilterten Wassers verbunden.
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Die Figuren und die vorangehende Beschreibung geben Beispiele für Ausführungsformen. Der Fachmann wird verstehen, dass eines oder mehrere der beschriebenen Elemente durchaus zu einem einzigen Funktionselement kombiniert werden können. Alternativ dazu können bestimmte Elemente in mehrere Funktionselemente aufgeteilt werden. Elemente aus einer Ausführungsform können einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. So kann beispielsweise die Reihenfolge der hier beschriebenen Prozesse geändert werden und ist nicht auf die hier beschriebene Weise beschränkt. Darüber hinaus müssen die Aktionen eines Flussdiagramms nicht in der gezeigten Reihenfolge ausgeführt werden; auch müssen nicht unbedingt alle Aktionen durchgeführt werden. Auch können die Handlungen, die nicht von anderen Handlungen abhängig sind, parallel zu den anderen Handlungen ausgeführt werden. Der Umfang der Ausführungsformen ist durch diese spezifischen Beispiele keineswegs begrenzt. Zahlreiche Variationen sind möglich, unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung explizit aufgeführt sind oder nicht, wie z. B. Unterschiede in der Struktur, den Abmessungen und der Verwendung von Materialien. Der Umfang der Ausführungsformen ist mindestens so groß wie in den folgenden Ansprüchen angegeben.
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Vorteile, andere Vorzüge und Problemlösungen wurden oben im Hinblick auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und Komponenten, die dazu führen können, dass ein Vorteil, ein Nutzen oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, sind jedoch nicht als kritisches, erforderliches oder wesentliches Merkmal oder Komponente eines oder aller Ansprüche zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ein System (100) zur Entwicklung von Algenmattenbeuteln zur Filterung von schwermetallverschmutztem Wasser .
- 102
- Aufbereitungseinheit
- 104
- Verarbeitungseinheit
- 106
- Endentwicklungseinheit
- 202
- Einlass
- 204
- Erster Behälter
- 204a
- Algenmattenbeutel
- 206
- Zweiter Behälter
- 208
- Dritter Behälter
- 210
- Auslass
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20190382282 A1 [0006]
- KR 101947994 B1 [0007]
- US 8097168 B2 [0008]
