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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Fluidaufbereitungsanlage, insbesondere eine Anlage für die Erstaufbereitung von Haushaltsabwasser.
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Stand der Technik
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Zur Zeit werden die zuvor genannten Fluide aus Haushaltsabflüssen bzw. Abwässern hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt, und zwar in „Schwarzwasser” und in „Grauwasser”.
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Schwarzwasser stammt aus Toiletten, während Grauwasser aus der restlichen häuslichen Ausstattung kommt (Waschmaschinen, Geschirrspüler, Waschbecken, Duschen usw.), wobei beide unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen (d. h. außerdem aus fettigem und/oder seifigem Schaum bestehen).
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Da diese beiden Arten von Fluiden unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen, müssen sie auf unterschiedliche Art und Weise aufbereitet werden, bevor sie schließlich in die öffentlichen Hauptabflüsse abgelassen werden, nachdem sie hinsichtlich organischer Komponenten und chemischer Wirkstoffe, welche die Abflüsse beschädigen könnten, stärker geklärt wurden.
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Aus diesem Grund sind die aus Haushalten kommenden Abflüsse getrennt, welche die entsprechenden Fluide in zwei verschiedene und separate Elemente befördern: ein Abwasserfaulbecken vom ”Imhoff”-Typ (Emscherbrunnen) für das Schwarzwasser und einen Fettabscheider für das Grauwasser.
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Was die Struktur betrifft, so umfasst der Emscherbrunnen (für gewöhnlich aus PVC) einen zylindrischen Behälter, der in der Erde versenkt werden kann und mit einem Verschlussdeckel (für gewöhnlich der Art, auf der man laufen kann) mit einem oder mehreren Mannlöchern zur Inspektion und Wartung (für gewöhnlich mindestens zwei Mannlöcher) ausgestattet ist.
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Der Behälter umfasst Folgendes:
- – einen ersten Einlasskanal für das Schwarzwasser (mit dem entsprechenden Haushaltsrohr verbunden), das einfällt in
- – eine Vorkammer mit Öffnungen in ihrem Boden, durch welche das schwerste organische Material (Sedimente oder Schlamm) in den Boden des Behälters fallen kann, wo eine „Faulung” auftritt, d. h. eine anaerobe Fermentation, durch welche die organischen Stoffe in Wasser, Kohlendioxid und Methan oder Biogas umgewandelt werden können,
- – einen zweiten Auslasskanal, der für gewöhnlich auf der Seite des Behälters gegenüber dem ersten Kanal liegt und mit einem externen Rohr verbunden ist, welches zu den Hauptabflüssen führt.
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Der Fettabscheider ist wiederum ein Abscheider, d. h. ein Behälter (für gewöhnlich aus PVC hergestellt), der in der Erde versenkt werden kann und einen ersten Einlasskanal umfasst, der mit dem entsprechenden Haushaltsrohr verbunden ist, wodurch das Grauwasser in den Behälter gelangen kann, der eine einzige Kammer ist, die als Dekantierkammer fungiert, da die schweren Stoffe direkt auf den Boden fallen, während die leichteren und die öligen Stoffe an der Oberfläche bleiben.
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Vorhanden ist zudem ein zweiter Kanal zum Entleeren des dekantierten Wassers, dessen Fluidentnahmeeinlass beim Boden des Behälters positioniert ist und der mit einem entsprechenden externen Rohr verbunden ist, das für gewöhnlich mit dem Ausleitungsrohr des Emscherbrunnens vereint ist und anschließend in die Hauptabflüsse führt.
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Der Fettabscheider weist zudem Deckel oder Mannlöcher zur Inspektion und Reinigung oder für die Extraktion der fettigen Stoffe aus dem Behälter auf.
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Basierend auf dieser Kurzbeschreibung ist offensichtlich, dass zum Erhalt eines vollständigen biologischen Beckens für die Klärung von Schwarz- und Grauwasser eine komplexe Installation (zweimaliger Aushub und zweimalige Montage) mit erheblichen Ausmaßen in der Nähe der Häuser und hohe Gesamtkosten vonnöten sind.
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Hinzu kommt die angemessene Menge spezieller Elemente, die für die gesamten Verbindungen zwischen den Auslässen der Haushalte und den Becken und Abscheidern sowie zwischen Letzteren und den Hauptabflüssen notwendig sind. Ein weiterer Nachteil ist das Vorhandensein vieler Mannlöcher zur Inspektion in den zwei vorhandenen Behältern mit relativ langwierigen und kostspieligen regelmäßigen Reinigungsarbeiten an den Behältern.
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Offenbarung der Erfindung
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Ziel dieser Erfindung ist folglich, diese Nachteile zu überwinden, indem eine Fluidaufbereitungsanlage bereitgestellt wird, insbesondere für die Aufbereitung von Fluiden aus Haushaltsabflüssen (Schwarzwasser und Grauwasser), die eine kompakte Struktur aufweist, welche eine Installation beider Aufbereitungstypen in einem einzigen Element gewährleisten kann.
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Demgemäß erreicht die Erfindung das Ziel mit einer Fluidaufbereitungsanlage, insbesondere einer Anlage zur Aufbereitung von Fluiden aus Haushaltsabflüssen bzw. Abwässern, welche die in einem oder mehreren der beigefügten Ansprüche beschriebenen technischen Merkmale umfasst.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die technischen Merkmale der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die zuvor genannten Ziele klar in den nachfolgenden Patentansprüchen beschrieben und ihre Vorteile gehen deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die rein beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, ohne die Aufgabe des Erfindungskonzepts zu beschränken. Es zeigt:
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1 ein Schaubild einer Draufsicht einer Fluidaufbereitungsanlage für die Aufbereitung von Fluiden aus Haushaltsabflüssen bzw. Abwässern,
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2 eine schematische Draufsicht der Anlage aus 1, in der einige Teile herausgelassen wurden, um andere besser darzustellen,
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3 einen Querschnitt gemäß der Linie III-III in 2,
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4 einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in 2,
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5 eine Draufsicht eines Abdeckelements für den Behälter, der die Aufbereitungsanlage bildet,
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6 einen Querschnitt gemäß der Linie VI-VI in 5.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und im Besonderen unter Bezugnahme auf 1 wird die erfindungsgemäße Anlage zur Aufbereitung von Fluiden, insbesondere Fluiden 1 und 2 bzw. Abwässern, die aus Haushaltsabflüssen 3 und 4 ankommen, verwendet.
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Im Genaueren werden die Fluide 1 und 2 bzw. Abwässer aus Haushaltsabflüssen hauptsächlich in zwei Kategorien eingeteilt, und zwar in „Schwarzwasser” und „Grauwasser”. Schwarzwasser, das mit 1 gekennzeichnet ist und in den Abfluss 3 befördert wird, stammt aus Toiletten, während Grauwasser, das mit 2 gekennzeichnet ist und in den Abfluss 4 befördert wird, aus der restlichen häuslichen Ausstattung (Waschmaschinen, Geschirrspüler, Waschbecken, Duschen usw.) kommt und andere chemische Eigenschaften aufweist (d. h. es beinhaltet fettigen und/oder seifigen Schaum).
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Da diese beiden Arten von Fluiden 1 und 2 unterschiedliche chemische Eigenschaften aufweisen, müssen sie zuerst auf unterschiedliche Arten aufbereitet werden, bevor sie in die öffentlichen Hauptabflüsse 11 abgelassen werden, d. h. nachdem sie hinsichtlich organisch-chemischer Wirkstoffe, welche die Abflüsse beschädigen könnten, weiter geklärt wurden.
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Wie zudem in den 2 bis 4 dargestellt wird, umfasst die erfindungsgemäße Anlage hauptsächlich ein einziges Element bzw. einen einzigen Behälter 5, das bzw. der in der Erde versenkt werden kann und im Wesentlichen in drei Hauptkammern 6, 8 und 9 unterteilt ist.
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Die erste Kammer 6 ist in einen ersten Abschnitt 6a zur Aufnahme von ersten Fluiden 1 bzw. Schwarzwasser unterteilt, die aus dem Abfluss 3 ankommen und weist eine Bodenöffnung 7 auf, die ein Fallen schwerer Komponenten in einen zweiten Abschnitt 6b zur Aufbereitung bzw. „Faulung” der Komponenten gestattet, der aus dem Bodenbereich des Behälters 5 gebildet wird
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Die zweite Kammer 8 ist zur Aufnahme und Aufbereitung von zweiten Fluiden 2 bzw. Grauwasser konzipiert, die aus dem entsprechenden Abfluss 4 ankommen. Diese zweite Kammer 8 ist von den zwei Abschnitten 6a, 6b, die aus der ersten Kammer 6 gebildet werden, getrennt und über dem zweiten Abschnitt 6b positioniert.
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Wie die 3 und 4 zeigen, umfasst die zweite Kammer 8 Wände 8a, 8b, die auf den zweiten Abschnitt 6b zugehen, sodass sie zum Teil in die ersten Fluide 1 eingetaucht ist (der Grund dafür wird nachstehend erklärt). Die dritte Kammer 9 gestattet das Mischen und Ausleiten der aufbereiteten Fluide 1a, 2a, d. h. der Fluide, die von den schweren Komponenten des Schwarzwassers und von den fettigen und öligen Komponenten des Grauwassers geklärt wurden.
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Diese dritte Kammer 9 ist zentral im Behälter 5 zwischen der ersten Kammer 6 und der zweiten Kammer 8 positioniert und mit ihnen durch entsprechende Öffnungen 9a, 9b verbunden, die an verschiedenen Punkten in die dritte Kammer 9 führen. Die dritte Kammer 9 umfasst ferner eine einzige Öffnung 9c für die Drainage zur Außenseite des Behälters 5, die mit einem Rohr 10 zur Verbindung mit dem Hauptabfluss 11 für Fluide bzw. Abwässer verbunden ist.
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Im Einzelnen umfasst die erste Kammer 6 ein erstes Filterrohr 13 zum Ausleiten der aufbereiteten ersten Fluide 1 in Richtung der dritten Kammer 9, das sich im zweiten Abschnitt 6b befindet und an einer Wand der dritten Kammer 9 fixiert ist.
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Das erste Rohr 13 umfasst einen Einlass 13a in einer Höhe H13, die, relativ zum Boden 5a des Behälters 5, über der Höhe H7 der Öffnung 7 des ersten Abschnitts 6a liegt.
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Diese Anordnung verhindert den Kontakt zwischen dem ersten Rohr 13 und den Abwärtsfluss vom ersten Abschnitt 6a, wobei nur aufbereitete Fluide in das erste Rohr eintreten können.
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Wie 3 klar zeigt, ist die Bodenwand 6f des ersten Abschnitts 6a zum Boden 5a des Behälters 5 abgewinkelt, wodurch ein Trichter zur Drainage der ersten Fluide 1, d. h. der schwersten Komponenten, in Richtung der Öffnung 7 gebildet wird (siehe Pfeil F7 in 3).
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Die 3 und 4 zeigen, wie die zweite Kammer 8 erste Löcher 12 für das Durchströmen von Dämpfen in mindestens einer ihrer Wände 8a und in mindestens einer Höhe H12 über dem Maximalpegel H1, der von den beiden in der ersten Kammer 6 und der zweiten Kammer 8 vorhandenen Fluiden erreicht werden kann, umfassen kann: Auch hier sind die Höhen relativ zum Boden 5a des Behälters 5.
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In ähnlicher Weise kann auch eine Gruppe von zweiten Löchern 12a in einer Innenwand 6g des ersten Abschnitts 6a, welche sich gegenüber der zweiten Kammer 8 befindet, vorhanden sein. Die zweiten Löcher 12a müssen wieder mindestens in der zuvor genannten Höhe H12 liegen.
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Wie angegeben gestattet das Vorhandensein der ersten und zweiten Löcher 12 und 12a das Durchströmen von heißen Dämpfen, die vom Grauwasser abgegeben werden, welches die zweite Kammer 8 für gewöhnlich bei über Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen erreicht (die Fluide kommen von den Abflüssen von elektrischen Haushaltsgeräten, Waschbecken oder Duschen). Diese Tatsache gestattet gemeinsam mit dem Durchströmen von Hitze durch Strahlung oder Leitung durch die Wände 8a und 8b der zweiten Kammer 8 in Gegenwart der heißen Fluide 2 außerdem einen Temperaturanstieg in der ersten Kammer 6, offensichtlich insbesondere im zweiten Abschnitt 6b; kombiniert mit den Dämpfen, die außerdem in den zweiten Abschnitt 6a geleitet werden, tendiert die Temperatur in der ersten Kammer 6 jedoch zu einem schnelleren und gleichmäßigerem Anstieg.
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Der zweite Abschnitt 6b nimmt die schwersten organischen Komponenten des Schwarzwassers auf, die sich auf dem Boden 5a ansammeln, und unterliegen einem anaeroben Fermentationsprozess (der dank der Wirkung der im Abfall vorhandenen Bakterien möglich ist).
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Durch die Fermentation können die organischen Komponenten in Produkte wie Wasser, Kohlendioxid und Methan oder Biogas umgewandelt werden.
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So gestatten die Hitze der zweiten Kammer 8 und ihre Dämpfe einen Anstieg der Temperatur in den beiden Abschnitten 6a und 6b, wodurch der Prozess der Fermentation der organischen Komponenten beschleunigt wird. Dies liegt daran, dass der Temperaturanstieg das Wachstum der auf dem Boden 5a vorhandenen Bakterien fördert.
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Zusätzlich umfasst die zweite Kammer 8 ein zweites Filterrohr 14 zum Ausleiten der zweiten Fluide 2 in Richtung der dritten Kammer 9, wobei das zweite Rohr 14 einstückig mit einer Wand der zweiten Kammer 8, welche neben der dritten Kammer 9 liegt, verbunden ist.
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Insbesondere weist das zweite Rohr 14 einen Einlass 14a für die zweiten Fluide 2 auf, der in der Nähe des Bodens der zweiten Kammer 8 liegt. Dadurch können aufbereitete Fluide weitergeleitet werden, während sich die fettigen, öligen Stoffe und der Schaum am oberen Teil der Kammer 8 ansammeln und schweben, bis sie so stark verdünnt werden, dass sie sukzessive hinaus fließen, ohne dabei die Abflüsse zu beschädigen.
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Die dritte Kammer 9 ist im Wesentlichen in der Mitte des Behälters 5 positioniert und ihre Öffnung 9c zum Ausleiten der aufbereiteten und gemischten Fluide 1a, 2a liegt an einer ihrer Seiten und in einer solchen Höhe H9c, die, relativ zum Boden 5a des Behälters 5, den Maximalpegel L9 aufrechterhält, der von den aufbereiteten und gemischten Fluiden 1a, 2a in der dritten Kammer 9 unter dem Maximalpegel H1 erreicht werden kann, der von den zwei Fluiden 1, 2 in der ersten Kammer 6 und der zweiten Kammer 8 erreicht werden kann.
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Der Pegel L9 der aufbereiteten und gemischten Fluide 1a, 2a wird durch die Position der Drainageöffnung 9c in der dritten Kammer 9 definiert. Dieses bauliche Merkmal gestattet eine Vermeidung eines möglichen Kontakts zwischen dem Grau- und dem Schwarzwasser während ihrer Aufbereitungsprozesse in den entsprechenden Kammern. Daher ist die dritte Kammer 9 ein weiteres Dekantierbecken für die ankommenden aufbereiteten Fluide 1 und 2 und umfasst ein drittes Rohr 21, das einen Einlass 21a aufweist, der in der Nähe des Bodens der dritten Kammer 9 liegt, sodass Schwebstoffe, die noch in den ankommenden Fluiden vorhanden sind, getrennt und/oder aufgehalten werden, bevor die gemischten Fluide 1a, 2a in die Öffnung 9c abgelassen werden.
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Die Tiefe S9 der dritten Kammer 9, die relativ zum oberen Ende 5b bzw. der Decke des Behälters 5 ist, entspricht der Tiefe S8 der zweiten Kammer 8. Auf diese Art wird der Bereich des zweiten Abschnitts 9b mit einem großen und konstanten Volumen für die Faulung der organischen Komponenten aufrechterhalten.
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4 zeigt, dass in einer Oberfläche des Behälters 5 eine Öffnung 15 bzw. ein Auslass zur Außenseite für Biogas vorhanden ist, die bzw. der sich am zweiten Abschnitt 6b und in einer Höhe H15 über dem Maximalpegel L1 befindet, der von den ersten Fluiden 1 erreicht werden kann und relativ zum Boden 5a des Behälters 5 ist.
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Schließlich umfasst die Anlage 1, wie man in den 5 und 6 sehen kann, einen einzigen Deckel 16 zum Schließen des Behälters 5 mit mindestens zwei Inspektionslöchern 17, 18 darin für die erste Kammer 6 und die zweite Kammer 8. Diese Löcher 17 und 18 sind mit entsprechenden Verschlussstopfen 19 und 20 ausgestattet.
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Diese Inspektionslöcher 17 und 18 können von offenen Krägen oder Formen 30 begrenzt sein (siehe auch 6), die über die Ebene des Deckels 16 hervorragen.
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Die Krägen 30, welche in der Zeichnung eine viereckige Form aufweisen (nur beispielhaft), gestatten einen Schutz der Inspektionslöcher, während der Beton gegossen wird, der die Anlage bedeckt und ermöglicht, dass man darauf laufen kann. Durch diese Krägen 30 wird die für gewöhnlich zeitweise Aufstellung von Wänden durch die Installateure zur Trennung der Inspektionslöcher vermieden, bei der eine Reihe von Platten aus Metall, Holz oder PVC verwendet wird, die anschließend entfernt werden können, jedoch mit der Zeit nachgeben, wenn sie an Ort und Stelle bleiben, was eine Inspektion des Gebiets, in dem sich die Löcher befinden, schwieriger gestaltet.
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Die beschriebene Anlage 1 funktioniert daher wie folgt:
Die ersten Fluide 1 bzw. Schwarzwasser werden aus dem entsprechenden Haushaltsabfluss in die erste Kammer 6 abgelassen (Pfeil F1); die schwersten Komponenten laufen durch den ersten Abschnitt 6a und fallen aufgrund der Gravitation zur „Faulungs-”Aufbereitung (Pfeil F7) in den zweiten Abschnitt 6b, während die teilweise getrennten oder aufbereiteten Fluide beginnen, in das erste Rohr zu fließen und in die dritte Kammer 9 zum Mischen-Dekantieren (siehe Pfeil F1a) einzutreten.
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Die zweiten Fluide 2 bzw. Grauwasser werden wiederum aus dem entsprechenden Haushaltsabfluss in die zweite Kammer 8 (siehe Pfeil F2) abgelassen, wo die öligen, fettigen und schaumigen Stoffe getrennt werden und schwebend im oberen Teil der zweiten Kammer 8 bleiben, während das aufbereitete Fluid beginnt, vom Boden in das zweite Rohr zu fließen und in die dritte Kammer 9 einzutreten (siebe Pfeil F2a), wo es sich mit den aus der ersten Kammer 6 kommenden Fluiden mischt.
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An dieser Stelle beginnen die gemischten Fluide 1a und 2a, in das dritte Rohr zu fließen und treten durch die Öffnung 9c aus und fließen in den Hauptabfluss (Pfeil F10).
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Folglich erfüllt eine so strukturierte Fluidaufbereitungsanlage die festgelegten Ziele dank des Vorhandenseins eines einzigen Behälters, der dank des Vorhandenseins der drei Kammern die Aufbereitung von zwei Fluidarten ohne ein gefährliches Vermischen gestattet.
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Das Vorhandensein eines einzigen Behälters für beide Fluide gestattet eine Reduzierung von Installationszeiten und -kosten (zum Teil dank der Tatsache, dass weniger Zubehörkomponenten benötigt werden) und von Gesamtausmaßen des hausnahen Klärbeckens.
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Die Möglichkeit einer Verwendung der Hitze des in die zweite Kammer eintretenden Grauwassers gestattet ferner eine Verbesserung und Beschleunigung der Fermentation der organischen Komponenten des Schwarzwassers, wodurch die Aufbereitungszeiten reduziert werden.
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Die Verbindung der Aufbereitungskammern begünstigt zudem die Verfahren und Zeiten zur Inspektion und Reinigung der Kammern signifikant.
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Die zuvor beschriebene Erfindung ist für die Anwendung in der Industrie empfänglich und kann auf verschiedene Arten geändert und angepasst werden, ohne dabei vom Schutzbereich des Erfindungskonzepts abzuweichen. Alle Einzelheiten der Erfindung können zudem durch technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
