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Abwasserreinigungsvorrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zur biologischen Reinigung von Abwässern, wie Abwasser aus Wohnsiedlungen
und Industriebetrieben.
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Wie bekannt ist, werden Flüsse und Meere durch Abwässer aus Industrieanlagen
und anderen in Flüsse und Seen abgeleiteten, nicht genügend gereinigten Schmutzwassern
verunreinigt, und als Folge davon wird die Qualität des Flußwassers für die Trinkwasserversorgung
und als Lebensraum für Fische und Schalentiere von Jahr zu Jahr verschlechtert.
Die Verfahren zur Reinigarung solchen verschmutzten Wassers sind infolgedessen sehr
schwierig geworden.
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Der Verschmutzungsgrad von Fluß- oder Meerwasser wird gewöhnlich durch
den biochemischen Sauerstoffbedarf~ (BSB) angegeben, und läuft darauf hinaus, daß
eine Reinigung des verschmutzten Wassers durch die Herabsetzung des BSB erreicht
wird. Typische Verfahren zur Verminderung des BSB sind das Tropfkörperverfahren
und das Bele-btschlammverfabren für die Behandlung von Abwasser, sowie ein langsames
Filtrierverfahren für die Behandlung von Trinkwasser. Alle vorgenannten Verfahren
behandeln verschmutztes Wasser durch biGbgische.Oxidation der organischen Stoffe.
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Die kompliziert aufgebauten organischen Substanzen,-die das Fluß-
und Meerwasser verseuchen, werden durch Bakterien und andere Mikroorganismen-zersetzt
und in einfachere und stabilisierte Substanzen-zerlegt. In den erwähnten biologischen
Oxidationsverfahren werden auf Grund der Tatsache, daß organische. Abfallstoffe
reich-an Nahrung für Bakterien und.Mikroben-sind, diese Mikroorganismen in großen
Mengen erzeugt, um die verschmutzenden organischen Bestandteile wegzufressen und
damit das durch dEse.
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Bestandteile verschmutzte Flußwasser zu reinigen.
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Im allgemeinen ist für die Aktivität solcher Mikroorganismen Sauerstoff
nötig. Ist Sauerstoff in gelöster. Form in Abwasser vorhanden, so treten die Mikroorganismen
(insbesondere Aeroben) durch Aufnahme des Sauerstoffes. in Aktion und zersetzen-die
organischen Substanzen. Mit zunehmender Zersetzung dieser Substanzen verringert
sich der BSB. Die Geschwindigkeit-dieses-.Vorgangs ist ganz verschieden und hängt
von der Menge des im Wasser gelösten Sauerstoffs ab. Es gibt eine Anzahl von Verfahren
zur biologischen Oxidation organischer Substanzen in verschmutztem Wasser unter
Verwendung aerobischer Mikroorganismen und zur Nitrifizierung anorganischer Substanzen
wie Ammoniak, die in folgende Gruppen eingeteilt werden können: (1) Verfahren, bei
denen sich die Mikroorganism#n-;m.#it dèm Wasser fortbewegen, und
(2)
Verl'ahren, bei denen verschmutztes Wasser über die Mikroorganismen geleitet wird,
die sich an einer bestimmten Stelle befinden. Ty) (1) umfaßt das Belebtschlammverfahren
und Variationen desselben, wobei in jedem Fall die biologische Oxidation so vor
sich geht, daß das verschmutzte Wasser und die Mikroorganismen gut und gleichmäßig
miteinander vermischt werden; da aber die Organismen in den verschiedenen Phasen
keine Schichten bilden, ist eine Langzeitbelüftung erforderlich, um die Reaktion
hervorzurufen, die durch die Nitrifizierung das gewünschte Ergebnis liefert. Typ
(2-), den man als Verfahren mit einer stationären mikroorganischen Schicht bezeichnen
könnte, teilt sich in zwei weitere Verfahren auf: eines, bei welchem die Durchflußrichtung
des verschmutzten Wassers immer gleich ist, z.B.
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ein Tropikörperverfahren, oder ein langsames Filtrierverfahren etc.;
bei der anderen Verfahrensart ist der Durchfluß nicht gle ichmäe ig, z. B. beim
Kontaktfilterbettverfahren,- od-er beim Rückberieselungsverfahren etc. Bei beiden
Verfahren unterliegen die Mikroorganismen Bedingungen, die eine Schichtenbildung
ergeben, womit ein verzögerter Zerfall der organischen Substanzen erreicht wird.
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Bei dieser Art von Verfahren besteht jedoch die Möglichkeit, da das
Abwasserfilter durch die festen, z.B. organischen Bestandteile, oder durch tote
Mikroorganismen, die aus der Schicht lebender Mikroorganismen herausgefallen# sind,
verstopft wird; außerdem kann das Abwasser nur einmal (nicht im Kreislauf) durchfliesen
(aber beim Tropfkörperverfahren, bei dem ein säulenartiger Tropfkörper verwendet
wird), so da die Reinigungswirkung niedrig ist.
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Das Tropfkörperverfahren> bei dem das Wasser im Kreislauf durchgeschickt
wird, hat eine ziemlich gute Reinigungswirkung, aber da bei diesem Verfahren ein
System angewendet wird, bei dem das verschmutzte Wasser auf Grund der Erdanziehung
durch die Füllvorrichtung hinunterfließt, wird die Geschwindigkeit des durchfließenden
Abwassers in gewisser Weise gebremst; es ist daher zur Erzielung des gewünschten
BSB im behandelten Wasser sehr viel Zeit erforderlich, und eine Reduzierung der
für das Verfahren aufgewandten Zeit ist kaum möglich, ohne die Vorrichtung hierfür
übermäßig zu vergrößern.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte,
kompakte Vorrichtung zur Abwasserreinigung mit hohem Wirkungsgrad zu schafen, Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung erreicht, die gekennzeichnet ist
durch einen als Kammer ausgebildeten Behälter, eine Einrichtung zur Unterteilung
der Kammer in mehrere Abschnitte mit unteren und oberen oeffnungen, welche den Abwasseraustausch
zwischen den einzelnen Kammerabschnitten ermöglichen, eine Abwasserzuflußröhre,
die in mindestens einen der Abschnitte der Kammer das verschmutzte Wasser leitet,
eine Umlaufvorrichtung für das Abwasser im Behälter, welche das verschmutzte Wasser
in mindestens einem der Abschnitte an der Wand entlang in die Höhe steigen läßt,
mindestens einen biologischen Oxidationsabschnitt in dem an diesen Abschnitt angrenzenden
Abschnitt, wobei das hochgestiegene mit Luft angereicherte Abwasser im Kreislauf
von der oberen Öffnung des einen Abschnitts in den benachbarten den biologischen
Oxidationsabschnitt enthaltenden Abschnitt und
dann wieder in den
ersten Abschnitt leitbar und das Abwasser dadurch reinigbar ist, sowie eine Abflußeinrichtung
im Behälter für das gereinigte Wasser.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschriebenund näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Querschnitt,
und Fig. 5 und 4, 5 und 6, 7 und 8> 9 und 10, 11 und 12 Ansichten verschiedener
Ausführungsbeispiele der Erfindung entsprechend Fig. 1 und 2.
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In Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt,
die einen durch eine vertikale Trennwand 2 in zwei innere Teilkammern aufgeteilten
Behälter 1 aufweist. In einer der Teilkammern ist ein Oxidationsabschnitt B mit
Mikroorganismen vorgesehen, welches mit einem Füllstoff geladen ist, mit dessen
Hilfe die Kontaktfläche zwischen dem-verschmutzten Wasser und den Mikroorganismen
vergrößert werden soll, und am Boden der anderen Teilkammer münden die Äbwasserzuflußröhre
4 sowie die Luftzufuhrröhre 5. Das obere Ende des Behälters 1 ist teilweise versenkt
und bildet auf diese Weise ein Uberlaufteil 6 für das behandelte bzw. gereinigte
Wasser, sowie eine Ablaufrinne 7 für gereinigtes Wasser unmittelbar an dem Überlaufteil
Das
Ventil für die Reglung des Abwasserzuflusses trägt die Bezugsnummer 8, und die Auslaßröhre
für abgesetzten Schlamm die Nummer 9. Es ist sehr wichtig, daß das Ventil , so eingestellt
ist, daß die Geschwindigkeit des zufließenden Abwassers geringer ist als die des
im Behälter 1 umlaufenden Abwassers. Anderenfalls würde das verschmutzte Wasser
über das Uberlaufteil U abfließen, ohne genend gereinigt worden zu sein.
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Das Abwasser wird zunächst durch die Zuflußröhre 4 in den Behälter
1 eingeleitet, bis dieser so weit aufgefüllt ist, daß das Abwasser die Höhe des
Uberlaufteils 6 erreicht hat; dann wird über die Luftzufuhrröhre 5 Luft unter Druck
eingeleitet und das Ventil 8 für die Regelung des Abwasserzuflusses geschlossen.
Dadurch wird das Abwasser im Durchlüftungsab-.
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schnitt A durch die zugeführte Luft veranlaßt, in diesem Abschnitt
hochzusteigen und den Behälter im Kreislauf zu durchfließen. Auf dieser Stufe findet
jedoch kein Uberlauf des Wassers im Überlaufteil 6 statt, und während das Abwasser
unter dem Einfluß der einströmenden Luft im Behälter umläuft, bildet sich auf der
Füllvorrichtung im Oxidationsabschnitt B eine Schicht aerobischer Mikroorganismen.
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Nachdem durch dle Behandlung in Abs-chnitt A bzw. B das verschmutzte
Wasser genUgend durchlUftet und oxidiert ist, und einen geringen BSB sowie einen
optimalen Gehalt an gelöstem Sauerstoff aufweist, wird das Ventil 8 wieder geöffnet,
um weiteres Abwasser kereinzulassen und einer Durchlüftung und Oxidierung zu unterziehen.
Das in seinem BSB gesättigte und gereinigte Wasser fließt dann über die Ablaufrinne
7 mit einer der Einflußgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit ab. Es ist
hier anzumerken, daß sich die eingeleitete Abwassermenge
umgekehrt
proportional zum resultierenden Reinigungsgrad verhält, so daß die Menge zugeführten
Abwassers unter Berücksichtigung eines entsprechenden BSB-Grades des gereinigten
Wassers gewählt werden muß.
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Die Mündung der Luftzufuhrröhre 5 in Fig. 5 und 4 liegt in der Mitte
des Behälters, so daß das Abwasser in zwei Kreisläufen auf beiden Seiten des zentralen
Durchlüftungs abschnitts A umläuft, wobei der mit Mikroorganismen arbeitende Oxidationsabschnitt
3 im Durchflußbereich jedes dieser konvektiven Abwasserströme angeordnet ist. Der
Betrieb dvses Ausführungsbeispiels geht genauso vor sich wie bei dem Ausführungsbeispielder
Fig. 1 und 2.
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Zwar wird bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 5und 4 ein rechteckiger
Behälter 1 verwendet, es kann aber auch ein zylindrischer Behälter mit zylindrischen
Oxidationsabsehnitten vorgesehen werden. In letzterem ist für die Installation einer
Vorrichtung mit gleichem Wirkungsgrad weniger Platz erforderlich.
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In jedem der eben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird der Abwasserkreislauf
nur unter Verwendung von Luft erzeugt, es ist aber auch möglich, gemeinsam damit
oder unabhängig eine Pumpe 10 zu benutzen, wie Fig. 5 und 6 zeigen, oder eine Belültungs-
und -umwälzvorrichtung 11, wie in Fig. 7 und 8 dargestellt, um dem Abwasserumlauf
zu beschleunigen. Die Vorrichtung 11 in Form eines Flügelrades ist an der Wasseroberfläche
im Behälter angeordnet. Durch diese Vorrichtungen wird die Reinigungswirkung weiter
erhöht.
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Wie beschrieben, wird das Abwasser erfindungsgemäß im Gegensatz zu
schon bekannten Systemen mit einer in optimalem Verhältnis aufgelösten Sauerstoffmenge
unter Druck in Umlauf versetzt und passiert eine oder mehrere Oxidationsabschnitte
zur Oxidierung organischer Substanzen mehrere Male.
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Auf diese Weise wird das Wasser auf seinem Dw'chflußweg allmählich
gereinigt und wird durch schon gereinigtes Wasser weiter verdünnt, was den Reinigungsprozeß
beschleunigt.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht also nicht nur eine Verkleinerung
der erfcrderlichen Vorrichtung, sondern auch eine erhebliche Heraufsetzung der gereinigten
Abwassermengen.
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Da die Abwasserreinigung bei der vorliegenden Erfindung auf Grund
des Wasserkreislaufs erfolgt, können die röhrenförmigen Gebilde, welche den Füllstoff
enthalten, in vertikaler Lage bleiben. Das ist von Vorteil, weil dadurch die Kontaktflächen
zwischen den Mikroorganismen und dem verschmutzten Wasser vergrößert wird und eine
Verstopfung der mit Mikroorganismen arbeitenden Oxidationsabschnitte durch Feststoffe
des Abwassers oder durch dahintreibende, tote Mikroorganismen, die sich von den
an den Füllstoffen angelagerten, lebenden Schichten abgelöst haben, verhindert wird.
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Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen steht das Uberlaufteil
6 für gereinigtes Wasser in direkter Verbindung mit dem urrlaufenden Abwasser. Dadurch
ist es möglich, daß ein Teil des ungereinigten Wassers vom oberen Teil des Durchlüftungsabschnitts
A vom Uberlaufteil 6 abfließt, ohne durch den biologischen Oxiationsabschnitt B
gelaufen zu sein. Auf diese Weise kann der BSB des behandelten Wassers nie unter-ein
bestimmtes Maß gedrückt werden.
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Um gereinigtes Wasser mit möglichst geringem BSB zu erhalten, sind
daher die in Fig. 9 bis 12 dargestellten Vorrichtungen vorgesehen.
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In Fig. 9 und 10 umfaßt der Behälter 1 drei Durchlüftungsabschnitte
Al, A2, A3 und vier Oxidationsabschnitte BI, B2, B3 und B4. Auf beiden Seiten der
Anlage sind aufwärtsgerichtete Ablaufkanäle 16 vorgesehen, durch welche das gereinigte
Wasser zum Überlauf aufsteigt. Jeder der Oxidationsabschnitte enthält einen Füllstoff,
der dazu dient, die Oxidationsfläche, auf welcher die Mikroorganismen mit dem zu
reinigenden Abwasser in Kontakt kommen, zu vergrößern.
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Darüberhinaus ist eine Luftzufuhrröhre 4 vorgesehen, durch welche
von außerhalb des Behälters 1 Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft eingeleitet
wird, und die am Boden der betreffenden Durchlüftungsabschnitte Al, A2, A3 in den
Behälter münden. An jeder der Einmündunren der Luftzufuhrröhre 4 befindet sich eine
Schäumröhre 4'. Durch die Abwasserzuflußröhre 5 wird das verschmutzte Wasser von
außen in den Behälter 1 eingeleitet, wobei die Einmündung am Boden des zentralen
Durchlüftungsabschnitts A1 liegt. Das gereinigte Wasser flie3t in einem Uberlaufteil
6 über eine unmittelbar anschließende Ablaufrinne 7 ab. Unter den einzelnen Durchlüftungsabschnitten
Al, A2, A3 und A4 befinden sich die trichterförmigen Schlammbehälter 12, und die
Schlammrückführleitungen 14, die vom Boden.der einzelnen Schlammbehälter 12 zur
oberen Offnung des entsprechenden Durchlüftungsabschnitts A1, A2 oder A3 reichen
und dazu vorgesehen sind, den in Schiammbehälter 12 angesammelten Schlamm in das
Wasser mit Hilfe einer Pumpe 13 zurückzuführen, um die Menge des über die Auslaßröhre
9 mit dem Ventil 15 abgeleiteten Schlamms zu reduzieren.
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Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrictittlng obiger Anordnung
wird das verschmutzte Wasser zunächst durch die Zuflußröhre 5 in den Behälter -1
eingeleitet, bis letzterer ganz mit Abwasser gefüllt ist, d.h. bis das Wasser die
Höhe des Uberlaufteils 6 erreicht hat, und dann über die Luft zufuhrröhre 4 Luft
eingelassen, so daß sich im schäumenden AbwasserS.au#rstoff auflöst. Dann wird das
Ventil zur-Regelung der Abwasserzufuhr (nicht dargestellt) geschlossen.
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Das auf diese Weise in.die einzelnen Durchlüftungsabschnitte Al, A2,
und AS eingeführte Wasser wird dann auf Grund der eingeleiteten Luft gezwungen,
aufzusteigen und einen Kreislauf .(in Richtung der Pfeile) durch D#rc-hlüftungsabschnitte
und die zugehörigen Oxidationsabschnitte zu beginnen. Während des Abwasserumlaufs
findet kein:Uberlauf des schrutzigen Wassers im Uberlaufteil 6 statt, und während
das verschmutzte Wasser seinen Kreislauf im Behälter i durch die DruchlüStungs-und
Oxidationsabschnitte wiederholt, bildet sich auf dem Füllstoff in den einzelnen
Oxidationsschnitten eine Schicht von Aeroben.
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Auf diese Weise wird das verschmutzte Wasser in ausreichendem Maß
in den Durchlüftungsabschnitten Al, A2 und A5 mit Luft; angereichert und darüberhinaus
in den Oxidationsabschnitten BI, B2, B3 und B4 einer biochemischen Oxidation unterzogen,
wodurch das gereinigte Wasser mit niedrigem BSB und aufgelöstem Sauerstoff entsteht.
Wenn dieses Stadium erreicht-ist,-wird zu das Ventil zur Regelung des Abwassefiflusses
wieder -geöffnet, wobei das eingeleitete Abwasser über das obere Ende des zentralen
Durchlüftungsabschnitts Al in die angrenzenden Oxidationsabschnitte B1 und B2 überläuft
und ein Teil des
Wassers am Boden der Oxidationsabschnitte B1 und
B2 wieder zurück in den Durchlüftungsabsohnitt Al fließt. Das verschmutzte Wasser,
von dem ein Teil, wie eben beschrieben, durch die einzelnen Abschnitte umläuft,
fließt dann zusummen mit einem weiteren Teil umlaufenden Wassers, das am Boden der
Oxidationsabschnitte B1 und B2 durchgeflossen ist, in die Durchlüftungsabschnitte
A2 und AD, wobei ein Teil des Wassers aus den Durchlüftungsabschnitten A2 und A3
wieder überläuft in die Oxidationsabschnitte B1 und B2 und so einen Kreislauf durch
beide Abschnitte beschreibt.
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Dann flfet das Wasser während des Kreislaufs in die nächsten Oxidationsabschnitte
B5 und B4, und zwar zusammen mit einem weiteren Teil des in den Durchlüftungsabschnitten
A2 und A5 übergelaufenen Wassers, wodurch wiederum ein Kreislauf eines Teils des
Wassers durch die Oxidationsabschnitte B3 und B4 und die Durchlüftungsabschnitte
A2 und A5 entsteht. Das durch den Kreislauf auf diese Weise hinreichend gereinigte
Wasser flieht dann am Boden der letzten Oxidationsabschnitte B3 und B4 ab und zusammen
mit einem anderen Teil gereinigten Wassers weiter in die Ablaufkanäle 1t, durch
diese in das Überlaufteil #, und wird schließlich über die Ablaufrinne abgelassen.
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Das verschmutzte Wasser wird, wie beschrieben, erfindungsge äd durch
einleiten von Luft in jeden Durchlüftungsabschnitt mit Sauerstoff angereichert,
und dann in wiederholten Kreisläufe durch die Durchlüftungsabschnitte und die Oxidationsabschnitte,
in denen ein mikrobenbeladener Füllstoff vorlanden ist, geschickt, wobei eine ausreichende
Reinigung des Abwassers stattfindet.
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In den in Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung
so ausgebildet, daß ein Wasserkreislauf im Behälter 1 sowohl nach rechts als auch
nach links (in den Figuren) gleichzeitig erfolgt, wogegen in dem in Fig. 11 und
12 dargestellten Ausführungsbeisiel das Wasser nur in einer Richtung läuft, da die
Einmündung der Abwasserzuflußröhre 5 am Boden des Belüftungsabschnitts A2 gelegen
ist und nur ein Ablaufkanal 16 zur Ableitung des gereinigten Wassers vorhanden ist.
Zwischen diesen beiden Ausführungsbeispielen liegt jedoch kein großer Unterschied
in der Funktionsweise. In diesem Fall, wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig.
9 und 10 ist das verschmutzte Wasser vorzugsweise zuerst in einen Durchlüftungsabsohnitt
einzuleiten, der so weit wie möglich vom Uberlaufteil 6 entfernt ist.
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Die in den Ausführungsbeispielen der Fig. 9 und 10 dargestellten Behälter,
Durchlüftungs- und Oxidationsabschnitte sind rechteckig ausgebildet, sie können
aber auch eine andere, geeignete Form aufweisen, z. B. eine zylindrische, die aus
dem Grunde vorzuziehen ist, weil sie weniger Platz bei gleicher Leistung beansprucht.
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Wie schon erwähnt, sind erfindungsgemäß mindestens drei Durchlüftungs-
und vier Oxidationsabschnitte in wechselnder Reihenfolge in einem Behälter untergebracht,
so daß das zu reinigende Abwasser zunächst genügend mit Sauerstoff angereichert
wird undXann in einen konvektiven Kreislauf gezwungen wird, so daß es wiederholt
die biochemischen Oxidationsflächen passieren muß, und dadurch gereinigt wird. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht also nicht nur eine Vereinfachung
und
Verkleinerung der Vorrichtung, sondern auch eine erheblich verbesserte Reinigungsleistung.
Die Erfindung gestattet auch die Behandlung von Abwasser mit hohem BSB. Außerdem
besteht keine Möglichkeit, daß das umlaufende Wasser teilweise vom Hat:ptstrom abweicht
und einen selbständigen Strom bildet, der überfließt> ohne biologisch oxidiert
worden zu sein.