DE2942112A1 - Verfahren zur abwasserbehandlung mit belebtschlamm - Google Patents
Verfahren zur abwasserbehandlung mit belebtschlammInfo
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Description
Eine Anzahl von Verfahren zur Abwasserklärung beruht auf der Einführung von teilchenförmigen Materialien bei der
BeIUftungs- oder Oxydationsbehandlung des Abwassers.
Schlammorganismen haften an und wachsen auf den Teilchen, woraus eine Verbesserung der Klärbehandlung gegenüber
solchen Verfahren, die keine teilchenförmigen Stoffe verwenden, resultiert. Solche Verfahren sind beispielsweise
beschrieben in den US-Patentschriften 3 779 906 (Levin), 3 803 029 (Blecharczyk), 3 904 518 (Hutton et
al) und 4 055 490 (Hasegawa et al) sowie in dem Aufsatz von Webber, Industrial Water Engineering, Dezember 1977,
Seiten 2 bis 27. Abhängig von dem jeweiligen spezifischen Verfahren können die eingesetzten Teilchen anorganischer
oder organischer Natur sein und beispielsweise aus synthetischem Kunststoff, Aktivkohle, Fullererde, Bleicherden,
Kohle oder vielen anderen Stoffen bestehen.
Es ist bekannt, daß in einem Abwasserklärverfahren mit Belebtschlamm ein Teil des anfallenden Schlammes aus
dem System entfernt werden muß, und daß ein anderer Teil des Schlammes in das System zurückgeführt wird, um ihn mit
einströmendem Abwasser zu vermischen, wonach das erhaltene FlUssigkeitsgemisch in das Belüftungsbecken geleitet
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Ein wesentliches Erfordernis für ein Verfahren, das die Einführung von teilchenförmigen Materialien bei der BeIUftungs-
und Oxydationsbehandlung des Abwassers vorsieht, besteht darin, daß man die Teilchen wiedergewinnen kann,
um dadurch eine Umweltverschmutzung zu verhindern und das Verfahren durch Wiederverwendung der Teilchen wirtschaftlich
zu machen. So kann Schlamm, der diese Teilchen enthält, nicht einfach weggeworfen werden; es kann aber
auch nicht sämtlicher Schlamm, der die teilchenförmigen Stoffe enthält, im Kreislauf zum Belüftungsbecken zurückgeführt
werden, da sich dadurch kein Klärschlamm ergibt, der notwendig ist, um das System im Gleichgewicht zu
halten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abwasserbehandlung mit Belebtschlamm zu schaffen,
bei dem teilchenförmiges Material mit biologisch wirksamer Oberfläche eingesetzt werden kann, um das Wachstum von
Mikroorganismen zu fördern, und in dem im wesentlichen alle Teilchen zur kontinuierlichen Verwendung in das System
zurückgeführt werden und in dem eine genügende Menge Schlamm, die frei von Teilchen mit biologischer Oberfläche
ist, aus dem System entfernt wird, um das System im Gleichgewicht zu halten.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht
darin, ein solches System zu schaffen, das es ermöglicht, genügend Belebtschlamm von dem teilchenförmigen Material
abzutrennen und einen von Teilchen mit biologischer Oberfläche freien Abfallschlamm in einer Menge zu erhalten,
die ausreicht, um das System im Gleichgewicht zu halten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Abwasserbehandlung mit Belebtschlamm, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man einströmendes Abwassermaterial mit Belebtschlamm und teilchenförmigem Material
mit biologischer Oberfläche mischt, das erhaltene Flüssigkeitsgemisch in eine Belüftungszone einleitet, in der
es mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird, so daß dessen biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB)
reduziert wird, dann das Flüssigkeitsgemisch in eine Absetzzone leitet, in der man die schlammbeladenen Teilchen
mit biologischer Oberfläche durch Absetzenlassen von einer darüberstehenden geklärten Schicht abtrennt, die geklärte
überstehende Schicht anschließend aus der Absetzzone entfernt und wenigstens einen Teil der abgetrennten schlammbeladenen
Teilchen mit biologischer Oberfläche einer Behandlung unterwirft, bei der wenigstens ein Teil des
anhaftenden Schlammes abgetrennt wird, worauf die behandelten Teilchen mit biologischer Oberfläche und der
abgetrennte Schlamm in einen Separator eingeleitet werden, indem wenigstens ein Teil des Schlammes, der im wesent-
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lichen frei von Teilchen mit biologischer Oberfläche ist,
abgetrennt und aus dem Separator als Abfallschlamm entfernt wird, während die Teilchen mit biologischer Oberfläche
zusammen mit der restlichen Schlammenge in den Kreislauf zurückgeführt und erneut mit einströmendem Abwassernuiterial
vermischt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht demnach aus mehreren aufeinander abgestimmten Verfahrensstufen. Zunächst erhält
man durch Vermischen des einströmenden Abwassermaterials mit Belebtschlamm und teilchenförmigem Material mit biologischer
Oberfläche ein Flüssigkeitsgemisch, das in eine BeIUftungszone eingeleitet wird, in der es mit sauerstoffhaltigem
Gas in Kontakt gebracht wird, um seinen biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) zu reduzieren. Dann wird
das FlUssigkeitsgemisch in eine Absetzzone geführt, in der man die Teilchen mit biologischer Oberfläche, an
denen Schlammteilchen haften, von der darüberstehenden geklärten Schicht absetzen läßt. Das geklärte Überstehende
wird aus der Absetzzone entfernt und als Abwasser abgeführt oder einer weiteren Behandlung zugeführt. Wenigstens
ein Teil der schlammbeladenen Teilchen mit biologischer Oberfläche wird einer Behandlung unterworfen, durch die
wenigstens ein Teil des anhaftenden Schlammes abgetrennt wird. Der so behandelte Teil des teilchenförmigen Materials
mit biologischer Oberfläche, der noch geringere Mengen an Schlamm enthält, und der davon abgetrennte Schlamm werden
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anschließend in einen Separator geleitet. Hier wird ein
Teil des in dem Gemisch anwesenden Schlammes, der nicht an den Teilchen mit biologischer Oberfläche haftet, von diesen
Teilchen abgetrennt und zumindest ein Teil des Schlammes als Abfallschlamm, der im wesentlichen frei von den
Teilchen mit biologischer Oberfläche ist, aus dem System entfernt. Die Teilchen mit biologischer Oberfläche und die
restliche Schlammenge werden anschließend in den Kreislauf zum Vermischen mit einströmendem Abwassermaterial zurückgeführt.
Die Erfindung wird weiter erläutert anhand der beigefügten Figur, die ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt.
Ein einfließender Strom 1 aus rohem Abwasser wird durch
konventionelle Sieb- und Sandfanganlagen geführt und wahlweise einer ersten Absetzstufe unterworfen, aus der
ein primärer Schlamm entfernt wird. Das rohe oder primäre Abwasser wird mit in den Kreislauf zurückgeführtem Belebtschlamm
und Teilchen mit biologischer Oberfläche aus Leitung 2 gemischt, wobei man ein FlUssigkeitsgemisch
erhält. Dieses Gemisch wird durch ein Belüftungsbecken 3 geleitet. In diesem Belüftungsbecken 3 wird Luft, Sauerstoff
angereicherte Luft oder Sauerstoff der Flüssigkeitsmischung in einer solchen Menge zugemischt, die ausreicht,
daß die Mischung zumindest in einem Teil des Belüftungs-
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tanks über eine ausreichend lange Zeit hinweg aerob bleibt, d.h. daß in der Mischung eine meßbare Menge gelösten
Sauerstoffs vorhanden ist. Die Zeitdauer wird bestimmt durch die Durchflußmenge oder durch die Einregulierung
im Chargenbetrieb, um den gewünschten Grad an biologischer Behandlung zu erreichen, beispielsweise 1 bis 8 Stunden
lang. Während der Belüftung verbrauchen die anwesenden Bakterien die in dem Abwasser vorhandene organische Substanz,
was sich in einer hohen Abnahme des BSB-Wertes zeigt. Die Schlammorganismen haften zu einem großen Teil
an und wachsen auf den Teilchen mit biologischer Oberfläche.
Nach der Belüftung wird das Flüssigkeitsgemisch durch Leitung 4 in das Absetzbecken 5 geleitet. In diesem Becken
trennen sich der Schlamm und die Teilchen mit biologischer Oberfläche, an denen wenigstens ein Teil des aus dem
Belüftungsbecken entfernten Schlammes'haftet, voneinander
und setzen sich von der flüssigen Mischung ab. Ein geklärtes Abwasser wird durch Leitung 6 aus dem Absetzbecken
abgelassen. Das geklärte Abwasser kann wahlweise einer weiteren Behandlung zugeführt werden.
Der Schlamm und die Teilchen mit biologischer Oberfläche werden als Unterströmung aus dem Absetzbecken durch Leitung
7 entfernt. Vorzugsweise wird ein Teil der Unterströmung aus dem Absetzbecken, in der Figur mit R be-
el
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zeichnet, direkt durch Leitung 8 zum Mischen mit rohem oder primärem Abwasser aus Leitung 1 zurückgeführt.
Der zurückbleibende Teil der aus dem Absetzbecken 5 durch Leitung 7 entfernten Unterströmung wird durch eine Ablöseoder
Abtragevorrichtung ("sluffing device") 9 geführt, die, wie in der Figur gezeigt, eine getrennte Anlage
sein kann oder in die Leitung oder den Separator 11 eingebaut sein kann. Die Vorrichtung 9 setzt zumindest einen
Teil des Schlammes, jedoch nicht notwendigerweise sämtlichen Schlamm frei, der sich an den Partikeln mit biologischer
Oberfläche gebildet hat. Die Ablösevorrichtung kann eine mit Antrieb, z.B. durch einen zentrifugalen
oder umgekehrten Mechanismus, versehene mechanische Vorrichtung sein, beispielsweise eine Pumpe. Wahlweise kann
die in der Ablösevorrichtung 9 vorgesehene Antriebsbewegung eine Schall- oder Ultraschallvibration zur Entfernung
von wenigstens einem Teil des Schlammes sein, der die Teilchen bedeckt, oder die gleichen Ergebnisse können auch
durch hydraulische oder pneumatische Mittel, z.B. Luft, Sauerstoff oder ein anderes Gas, erreicht werden. Die
Wirkung der Ablösevorrichtung 9 kann durch die Einführung eines oxydierenden Mediums wie Ozon oder Chlor aus dem
Oxydator 15 unterstützt werden. Der Einsatz eines Oxydationsmittels trägt dazu bei, den Vorgang des Ablösens
zu erleichtern, der in der Vorrichtung 9 stattfindet. Der Einsatz eines Oxydationsmittels erfolgt lediglich
wahlweise. 030019/0718
Nach dem Passieren der Ablösevorrichtung 9 wird die behandelte Mischung aus abgelöstem organischen Material, das
weitgehend aus Mikroorganismen besteht, und Teilchen mit biologischer Oberfläche mit oder ohne anhaftenden
Schlammpartikeln durch die Leitung 10 zu einem Separator 11 geführt. Aus dem Oxydator 15 kann dem Separator 11
ein Oxydationsmittel zugeführt werden. Wenn das spezifische Gewicht der Schlammteilchen kleiner ist als das der reinen
Teilchen mit biologischer Oberfläche und das der Teilchen, an denen noch Schlammorganismen haften, dann steigen
die Schlammorganismen in den oberen Teil des Separators Abfallschlamm, der im wesentlichen frei ist von Teilchen
mit biologischer Oberfläche, wird dann über Leitung aus dem System entfernt.
Wenn die Mikroorganismen im Schlamm ein spezifisches Gewicht haben, das größer ist als das der Teilchen mit
biologischer Oberfläche oder als das der Teilchen, an denen noch Schlammorganismen haften, dann werden die
Teilchen mit oder ohne anhaftenden Schlammorganismen in den oberen Teil des Separators wandern. Der Abfallschlamm
wird dann aus dem unteren Teil des Separators entfernt, wo sich der von diesen Teilchen freie Abfallschlamm
ansammelt. Anstelle des Schwerkraftseparators kann auch ein Zentrifugalseparator verwendet werden.
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" 12""
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Um den anhaftenden Schlamm von den Teilchen mit biologischer Oberfläche abzutrennen, kann man auch magnetische
Mittel benutzen. Hierzu werden die Teilchen mit biologischer Oberfläche mit einer magnetischen Komponente
versehen, so daß der durch Leitung 10 aus der Ablösevorrichtung 9 ausfließende Strom in ein magnetisches Filter oder
eine andere magnetische Trennvorrichtung eingeführt wird, die in Verbindung, in Serie mit oder anstelle eines wie
oben, beschriebenen Separators eingesetzt werden kann. Der Einsatz magnetischer Mittel bewirkt eine schnellere Trennung
und erlaubt somit, die Größe des Separators zu vermindern.
Der von Teilchen mit biologischer Oberfläche befreite Schlamm wird aus dem System entfernt und in einer solchen
Menge verworfen, die ausreicht, um den Abwasserklärprozeß insgesamt im Gleichgewicht zu halten. Damit wird ein
Hauptziel der Erfindung, nämlich alle oder im wesentlichen alle Teilchen mit biologischer Oberfläche in dem Klärprozeß
zu erhalten, erreicht.
Der aus dem Separator 11 durch Leitung 13 entfernte Unterstrom, in der Figur als R. bezeichnet, der aus zurückgewonnenen
Teilchen und in der Regel geringen Mengen von Belebtschlamm besteht, wird weitergeleitet, damit er
sich mit den Teilchen und dem anhaftenden Schlamm aus Leitung 8 mischen kann, wobei sich eine Mischung aus
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Belebtschlamm und Teilchen mit biologischer Oberfläche in Leitung 2 bildet, die dann mit einströmendem rohen
oder primären Abwasser gemischt und dann dieses Gemisch in die Beliiftungszone eingeleitet wird. Vorzugsweise
besteht die Gesamtmenge an Teilchen mit biologischer Oberfläche und Belebtschlamm in Leitung 2 aus der Summe
von R und R. .
Die Anteile an Teilchen mit biologischer Oberfläche und Belebtschlamm in den Leitungen 8 und 13 können in einem
Mischer 14 gemischt werden, um so eine einheitliche Dispersion aus den Teilchen und den Schlammorganismen zu
erhalten, bevor das einströmende Abwasser zugemischt wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Mischer 14 zur Regenerierung
der Teilchen mit biologischer Oberfläche verwendet werden. Eine solche Regenerierung kann einfach durch
eine ausreichende Verweilzeit für den aeroben oder anaeroben Stoffwechsel erreicht werden, durch den die Mikroorganismen
die Teilchen mit biologischer Oberfläche von absorbierten Nährstoffen und organischen Substanzen reinigen,
wodurch die Kapazität der Teilchen für diese Stoffe wieder hergestellt wird. Der Mischreaktor 14 kann durch
die intermittierende oder kontinuierliche Einführung eines Oxydationsmittels, beispielsweise von Ozon oder
Chlor, die vom Oxydator 15 zugeführt werden können, unterstützt werden. Die Verwendung solcher Oxydationsmittel
ist bei der Regenerierung von Aktivkohlesäulen, durch
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die Leitungswasser filtriert wurde, beschrieben worden, siehe Miller und Rice, Civil Engineering, Februar 1978,
Seite 81. Das Oxydationsmittel kann dem Strom R. zugefügt werden, bevor dieser in den Mischer 14 gelangt, oder
es kann direkt dem Mischer 14 zugesetzt werden.
Die Kontrolle der Menge an Mikroorganismen und an Teilchen mit biologischer Oberfläche, die dem rohen oder primären
Abwasser aus Leitung 2 zugesetzt werden, kann mit Hilfe bekannter Vorrichtungen wie Trübungsmeßeinrichtungen
und/oder Vorrichtungen zur Bestimmung der Biomasse sowie Geräten zur Messung der Sauerstoffaufnähme erfolgen.
Zusätzlich können Sensoren zur Bestimmung des Belastungsgrades und der Natur des rohen oder primären Abwassers
eingesetzt werden. Auf diese Weise kann ein sehr wirksames Gleichgewicht, bezogen auf Abwasserbelastung, Schlamm-Mikroorganismen,
Teilchen und dem gewünschten Grad der Abwasserbehandlung, in dem System beibehalten werden.
Da die Teilchen mit biologischer Oberfläche erodiert oder abgerieben werden bis zu einer Größe, bei der sie als
feinste Körnchen in den Ausstrom oder das Abwasser gelangen oder auf eine andere Weise dem System verloren gehen,
können aus dem Behälter 16 zusätzlich Teilchen mit biologischer Oberfläche eingespeist werden. Die Teilchen mit
biologischer Oberfläche sind Festteilchen und können z.B. synthetische Kunststoffe, Aktivkohle, Fullererde, Bleich-
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erden, Kohle, Glas, Keramik u. dgl. sein, wobei diese Materialien undurchlässig, porös, hohl usw. sein können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, daß ein
Teil der abgetrennten Teilchen mit biologischer Oberfläche, an denen Schlamm haftet, aus der Absetzzone abgezogen und
im Kreislauf zurückgeführt und mit einströmendem Abwassermaterial gemischt wird, wogegen der Rest der abgetrennten
Teilchen mit biologischer Oberfläche zusammen mit dem an ihnen haftenden Schlamm aus der Absetzzone abgezogen und
einer Behandlung unterzogen wird, bei der wenigstens ein Teil des anhaftenden Schlammes abgetrennt wird.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
3785 m /Tag Rohabwasser mit etwa 150 ppm BSB und einem
Gehalt von 100 ppm Feststoffen wurden mit zurückgeführtem Belebtschlamm und Aktivkohleteilchen gemischt. Die Gegenwart
dieser Teilchen bewirkt einen höheren Grad der BSB-Reduzierung als man erhält, wenn diese Teilchen weggelassen
werden. Die mit dem Abwasser gemischte Flüssigkeit aus der BeIUftungszone wurde in einen zweiten Absetztank einge-
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speist. Das geklärte Abwasser wurde durch den Abwasserauslaß abgelassen. Die abgesetzte Mischung aus Schlamm und
Plastikteilchen mit biologischer Oberfläche wurde aus dem zweiten Tank abgezogen in einer Menge von 567,75 m /Tag.
3 *
Von dieser Menge wurden 378,5 m /Tag in den Kreislauf direkt zum Mischen mit dem einströmenden Abwasser zurückgeführt,
und eine Menge von 189,25 m /Tag wurde einer Ablösevorrichtung zugeführt, wo sie eine Pumpe passierte
und dabei einer Scherwirkung unterworfen wurde mit dem Ergebnis, daß anhaftende Schlammteilchen von den Teilchen
mit biologischer Oberfläche entfernt wurden. Von der Ablösevorrichtung wurde das Gemisch zu einem Separator
überführt, in dem der Abfallschlamm, der frei von Teilchen mit biologischer Oberfläche war, aus der oberen Zone des
Separators in einer Menge von 113,55 m /Tag entfernt wurde. Die Teilchen mit biologischer Oberfläche, die noch geringe
Mengen von anhaftenden Schlammorganismen enthielten, wurden aus dem unteren Teil des Separators entfernt und in einer
Menge von 75,7 m /Tag zum Mischen mit rohem Abwasser zurückgeführt. Der Gehalt an suspendierten Feststoffen in
der FlUssigkeitsmischung wurde bei 2500 ppm gehalten. Das Verfahren arbeitete so, daß ein Niveau von etwa 1000 ppm an
Teilchen mit biologischer Oberfläche als Teil der 2500 ppm suspendierten Feststoffe in der Belüftungszone aufrechterhalten
wurde. In diesem Verfahren wurde eine ausreichende Schlammenge aus den Teilchen freigesetzt und damit die
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Menge an Abfallschlamm bereitgestellt, die zur Aufrechterhai tung des Gleichgewichts in dem System erforderlich
ist. Vollständige Trennung der Teilchen von dem anhaftenden Schlamm ist nicht erforderlich.
sy :wo
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L e e r s
Claims (3)
- L*EJClCÜLL *& STJDLEtER(S*2 professional rlpresentativesPATEN*T^n\9ALTE * ** BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICIBESELERSTRASSE 4D 20OO HAMBURG 52 DR JD FRHR von UEXKULLOR. ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE DIPL-ING ARNULF HUBER DR. ALLARD von KAMEKE DR. KARLHEINZ SCHULMEYERBiospherics Incorporated (Prio.: 25. Oktober 1978Wyaconda Road, US 954 534 - (16051) Rockville, Maryland 20852,V.St.A. Hamburg, 18. Oktober 1979Verfahren zur Abwasserbehandlung mit BelebtschlammPATENTANSPRÜCHEVerfahren zur Abwasserbehandlung mit Belebtschlamm, dadurch gekennzeichnet, daß man einströmendes Abwassermaterial mit Belebtschlamm und teilchenförmigem Material mit biologischer Oberfläche mischt, das erhaltene Flüssigkeitsgemisch in eine Belüftungszone einleitet, in der es mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird, so daß dessen biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) reduziert wird, dann das Flüssigkeitsgemisch in eine Absetzzone leitet, in der man die schlammbeladenen Teilchen mit biologischer Oberfläche durch Absetzenlassen030019/0718von einer darüberstehenden geklärten Schicht abtrennt, die geklärte überstehende Schicht anschließend aus der Absetzzone entfernt und wenigstens einen Teil der abgetrennten schlammbeladenen Teilchen mit biologischer Oberfläche einer Behandlung unterwirft, bei der wenigstens ein Teil des anhaftenden Schlammes abgetrennt wird, worauf die behandelten Teilchen mit biologischer Oberfläche und der abgetrennte Schlamm in einen Separator eingeleitet werden, in dem wenigstens ein Teil des Schlammes, der im wesentlichen frei von Teilchen mit biologischer Oberfläche ist, abgetrennt und aus dem Separator als Abfallschlamm entfernt wird, während die Teilchen mit biologischer Oberfläche zusammen mit der restlichen Schlammenge in den Kreislauf zurückgeführt und erneut mit einströmendem Abwassermaterial vermischt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der abgetrennten Teilchen mit biologischer Oberfläche, an denen Schlamm haftet, aus der Absetzzone abgezogen und im Kreislauf zurückgeführt und mit einströmendem Abwassermaterial gemischt wird, wogegen der Rest der abgetrennten Teilchen mit biologischer Oberfläche zusammen mit dem an ihnen haftenden Schlamm aus der Absetzzone abgezogen und einer Behandlung unterzogen wird, bei der wenigstens ein Teil des anhaftenden Schlammes abgetrenntwird· 030019/0718
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen mit biologischer Oberfläche Festteilchen sind.030019/0718
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