DE3610744A1 - Apparatus for the direct aeration and circulation of, in particular, waste waters - Google Patents

Apparatus for the direct aeration and circulation of, in particular, waste waters

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Abstract

An apparatus is described for the direct aeration and circulation of, in particular, waste waters (effluents) by means of a propeller, on the blade edges of which lying in the region of the cavitation bubble forming are formed fine boreholes via which air is fed via a hollow shaft, the interior of which is connected to the atmosphere.

Description

Bei der Abwasserreinigung bedient man sich mannigfaltiger natür­ licher und künstlicher Vorrichtungen oder Einrichtungen zur Förderung der sich im Abwasser abspielenden mechanischen, physikalischen, chemischen oder insbesondere biologischen Vorgänge, je nachdem, welche Stoffe in dem Abwasser enthalten sind, insbesondere welche organischen fäulnis­ fähigen Stoffe im Abwasser enthalten sind. Man spricht dann von chemi­ schen, biologischen oder mechanischen Abwasserreinigungsverfahren.Manifold natural uses are used for wastewater treatment Licher and artificial devices or facilities for the promotion of mechanical, physical, chemical occurring in the wastewater or in particular biological processes, depending on which substances in the wastewater are contained, especially which organic putrefaction capable substances are contained in the wastewater. One then speaks of chemi , biological or mechanical wastewater treatment processes.

Diese verschiedenen Verfahren werden jeweils für sich oder in Kombination mit anderen Verfahren angewandt. Meistens wird im Anschluß an eine mechanische Abwasserreinigung eine biologische Nachreinigung vor­ genommen, oder je nach Abwasserart erfolgt eine biologische Reinigung in Verbindung mit einer Vermischung mit Frischwasser in einem Abwasser­ teich, in dem eine biologische Ergänzungsreinigung oder eine Nachreini­ gung durchgeführt wird, wenn das Abwasser nur noch gering oder keine fäulnisfähigen, aber noch sehr nährstoffreiche Abläufe aufweist.These different procedures are used individually or individually Combination with other methods applied. Mostly afterwards biological wastewater treatment prior to mechanical wastewater treatment taken, or depending on the type of wastewater, biological cleaning takes place in Connection with mixing with fresh water in a waste water pond in which a biological supplementary cleaning or a post-cleaning is carried out when the wastewater is low or none rotten, but still very nutritious processes.

Bei all diesen Reinigungsvorgängen ist es wichtig, dem Abwasser in ausreichender Menge Sauerstoff zuzuführen, wenn das Abwasser die dafür vorgesehenen Anlagen, wie beispielsweise Belebtschlammanlagen, Schlammfaulräume oder Abwasserfaulräume, durchströmt.In all of these cleaning processes, it is important to the wastewater supply sufficient oxygen when the wastewater Plants intended for this, such as activated sludge plants, Sludge digesters or wastewater digesters.

Die Zuführung des erforderlichen Sauerstoffs erfolgt durch maschi­ nelle Belüftung, beim Belebtschlammverfahren durch Eintragen von Luft, beispielsweise mittels rotierender Bürstenwalzen (Lueger, "Lexikon der Technik", 4. Auflage, Band 10, S. 44 ff.). The necessary oxygen is supplied by maschi normal ventilation, in the activated sludge process by introducing air, for example by means of rotating brush rollers (Lueger, "Lexikon der Technik ", 4th edition, volume 10, p. 44 ff.).  

Es ist auch bekannt, Luft über Rohrleitungen in zu belüftende Wässer einzublasen. All diese Vorrichtungen zur Belüftung von Abwässern oder anderen an Sauerstoffmangel leidenden Gewässern haben jedoch mehr oder weniger große Nachteile. Der gravierendste Nachteil besteht darin, daß die in das Wasser eingeleitete Luft Luftblasen zu großen Durchmessers bildet, so daß der Übergang des Sauerstoffs an das Wasser mangelhaft ist, und der weitere Nachteil besteht darin, daß der Energieaufwand um die Luft in das Wasser einzuleiten, zu groß ist.It is also known to vent air in through piping To blow water. All these devices for aeration of waste water or other waters lacking in oxygen have more or less major drawbacks. The most serious disadvantage is that the air introduced into the water has air bubbles of large diameter forms, so that the transfer of oxygen to the water is deficient is, and the further disadvantage is that the energy consumption around to introduce the air into the water is too big.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirkungsvollere Luftzufuhr in das Wasser, insbesondere Abwasser zu erreichen, d. h. Luft, in möglichst feinen Bläschen in dem Wasser zu verteilen und die zur Erzeugung einer solchen Luftverteilung in dem Wasser aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten. Schließlich soll die dafür eingesetzte Vorrichtung von einfacher Ausgestaltung sein.The present invention is therefore based on the object a more effective air supply into the water, especially waste water to achieve d. H. Air, in the smallest possible bubbles in the water distribute and to generate such an air distribution in the To keep water energy as low as possible. In the end the device used for this should be of simple design.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß im Be­ reiche der sich bildenden Kavitationsblase an den Flügeln eines angetrie­ benen Propellers Bohrungen vorgesehen sind, über die Luft in das Wasser eintritt.This object is achieved in that in the loading reach the cavitation bubble on the wings of a driven ben Propellers holes are provided over the air into the water entry.

Die Luft gelangt über eine Hohlwelle, an der der Propeller be­ festigt ist, in Zuführungskanäle des Propellers, die zu den Bohrungen führen, welche im Bereiche der Kavitationsblase des Propellers in die Oberfläche der Flügel einmünden. Die Zuführungskanäle für die Luft in den Flügeln des Propellers stehen mit dem lnnenraum der Hohlwelle in Verbindung, der wiederum über Bohrungen mit der Atmosphäre in Verbin­ dung steht.The air passes through a hollow shaft on which the propeller be is fixed in the feed channels of the propeller leading to the holes lead, which in the area of the cavitation bubble of the propeller in the Open the surface of the wing. The air supply ducts in the wings of the propeller stand in with the interior of the hollow shaft Connection, which in turn is connected to the atmosphere by drilling manure stands.

Der Propeller, der durch eine Antriebseinrichtung, beispielsweise durch einen Elektromotor, in Umdrehungen versetzt wird, dergestalt, daß sich eine Kavitationsblase ausbildet, kann jede praktisch anwendbäre Anzahl von Flügeln aufweisen, wobei der Propeller vorzugsweise so kon­ struiert ist, daß sich eine möglichst große Kavitation einstellt. Der Pro­ peller kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, vorzugsweise aus Marinebronze in gegossener Ausführung. Die Hohlwelle, die mit dem Elektromotor in geeigneter Weise verbunden ist, ist in entsprechenden Lagern gelagert, die wiederum auf einem Träger befestigt sind, der kippbar auf dem Boden oder auf einem Schwimmer oder in einer sonstigen festen Anordnung in der Abwasserreinigungsanlage angeordnet sein kann, beispielsweise als Tiefenbelüfter in einem Belebtschlammbecken einer Ab­ wasserreinigungsanlage.The propeller driven by a drive device, for example by an electric motor that is rotated in such a way that a cavitation bubble forms can practically be used by anyone  Have number of blades, the propeller preferably so con is structured that the largest possible cavitation occurs. The pro peller can be made of any suitable material, preferably made of cast bronze. The hollow shaft that with the Electric motor connected in a suitable manner is in corresponding Bearings stored, which in turn are attached to a carrier, the tiltable on the floor or on a float or in another fixed arrangement can be arranged in the wastewater treatment plant, for example as a deep aerator in an activated sludge basin water purification system.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in mehrfacher Anordnung hintereinander oder nebeneinander, beispielsweise unter Verwendung brückenartiger Konstruktionen in einem Belebtschlammbecken, justierbar angeordnet sein, so daß der Propeller regelbar in eine bestimmte Tiefe des im Belebtschlammbecken strömenden Abwassers eintaucht.The device according to the invention can be arranged in multiple ways one after the other or next to each other, for example using bridge-like structures in an activated sludge tank, adjustable be arranged so that the propeller can be regulated to a certain depth of the wastewater flowing in the activated sludge basin.

Bei der Anordnung an Teichanlagen, sei es Klärteichanlagen, Fischteichen oder sonstigen teichartigen Gewässern, kann die Einwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf das Wasser sowohl vom Ufer aus als auch von Schwimmern aus erfolgen, die auf der Wasseroberfläche des Teiches schwimmen und durch Stangen oder Auslegern auf der Teich­ oberfläche an bestimmten Stellen fixiert sind.When arranging pond systems, be it sewage pond systems, Fish ponds or other pond-like bodies of water can be affected the device according to the invention on the water both from the shore as well as from swimmers that are on the water surface of the pond swim and by poles or outriggers on the pond surface are fixed at certain points.

Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Wasserstrom leitet die im Kavitationsbereich des Propellers austretende feinblasige Luft in der Art eines Axialbelüfters in Strömungsrichtung weg, so daß die ein­ getragene sauerstoffhaltige Luft in einer Entfernung von 2 bis 5 m, je nach Wirkungsweise und Wirkungsgrad des Propellers, langsam zur Was­ seroberfläche in einem großen Wasservolumen verteilt, aufsteigt.The water flow generated with the device according to the invention directs the fine-bubble air emerging in the cavitation area of the propeller in the manner of an axial diffuser in the direction of flow away, so that the one Carried oxygen-containing air at a distance of 2 to 5 m, each according to the mode of action and efficiency of the propeller, slowly to what surface distributed in a large volume of water, rises.

Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be described using a few exemplary embodiments explained in more detail.

Es stellen dar:They represent:

Fig. 1 einen dreiflügeligen Propeller, von dem nur ein Flügel schematisch angedeutet ist mit den Luftaus­ trittsöffnungen, Fig. 1 openings a three-bladed propeller, of which only one wing is schematically indicated with the air from,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Flügel etwa auf der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section through a blade approximately on the line 2-2 of Fig. 1

Fig. 3 die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Anwendung, Fig. 3 shows the assembly of the device according to the invention for the application,

Fig. 4 die Vorrichtung auf einem Schwimmer auf einer Wasser­ oberfläche, Fig. 4 shows the device surface to a float on a water,

Fig. 5 mehrere Vorrichtungen in einem Belebtschlammbecken, Fig. 6a eine Draufsicht und Fig. 5 several devices in an activated sludge pool, Fig. 6a is a plan view and

Fig. 6b einen Schnitt einer Teichanlage mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung, Fig. 6b shows a section of a pond with the fiction, modern apparatus,

Fig. 7 die Vorrichtung in einem Belebtschlammbecken, Fig. 7 shows the device in an activated sludge tank,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Flügel des Propellers. Fig. 8 shows a section through a wing of the propeller.

ln Fig. 1 ist ein Flügel eines dreiflügeligen Propellers dargestellt, wie er in der erfindungsgemäßen Vorrichtung benutzt werden kann. Statt drei kann der Propeller auch vier oder fünf Flügel haben oder nur zwei. Dies hängt von den jeweiligen Bedingungen und Umständen ab.In FIG. 1, a wing is illustrated a three bladed propeller, as it can be used in the inventive device. Instead of three, the propeller can also have four or five blades or only two. This depends on the respective conditions and circumstances.

Der Propeller besteht aus der üblichen Propellernabe 1 und den Flügeln 2, von denen nur einer ausführlicher dargestellt ist. Die anderen Flügel wären an jenen Stellen anzuordnen, an denen die Linien 3 verlaufen. Der Flügel 2 hat einen Strömungskanal 4, der mit der hohlen Nabe 1 über eine Öffnung 5 in Verbindung steht. Außerdem sind an der kavitations­ seitigen Kante des jeweiligen Propellerflügels Öffnungen 6 gebildet, die mit dem Kanal 4 in Verbindung stehen und über die die Luft fein ver­ teilt in das Wasser austritt. Die Pfeile 7 sollen diese Strömung der Luft versinnbildlichen.The propeller consists of the usual propeller hub 1 and the blades 2 , only one of which is shown in more detail. The other wings would have to be arranged at the points where the lines 3 run. The wing 2 has a flow channel 4 , which is connected to the hollow hub 1 via an opening 5 . In addition, openings 6 are formed on the cavitation-side edge of the respective propeller blade, which are connected to the channel 4 and through which the air divides ver verges into the water. The arrows 7 are intended to symbolize this flow of air.

In Fig. 2 ist wieder ein Flügel 2 dargestellt und deutlich erkennbar der Kanal 4 für die Luft und eine Öffnung 6.In FIG. 2 a wing 2, the channel 4 is again shown and clearly visible for the air and an opening 6.

In Fig. 3 ist die gesamte Vorrichtung nun gezeichnet. Der Propeller 8, hier mit zwei Flügeln 2 der hohlen Propellerwelle 9, die am unteren Ende, welches aus der Nabe nach außen heraustreten würde, bei 10 geschlossen ist. Die Welle 9, auf der der Propeller 8 mit der Nabe 1 befestigt ist, kann von unterschiedlicher Länge sein, was sich ebenfalls danach richtet, wie und wo die Vorrichtung eingesetzt werden soll und ist mit einem Elektromotor 12 verbunden. Die Antriebswelle 9 ist von einem Schutzrohr 11 umgeben, das entsprechend abgestützt und befestigt ist. Auch die Welle 9 kann in dem Schutzrohr noch zusätzlich gelagert sein. Der Konsolenwinkel 13 dient zur Befestigung der Vorrichtung auf einem Schwimmer, einem Brückenträger oder dgl. je nach Einsatzort.In Fig. 3 the entire device is now drawn. The propeller 8 , here with two blades 2 of the hollow propeller shaft 9 , which is closed at 10 at the lower end, which would come out of the hub to the outside. The shaft 9 on which the propeller 8 is fastened with the hub 1 can be of different lengths, which also depends on how and where the device is to be used and is connected to an electric motor 12 . The drive shaft 9 is surrounded by a protective tube 11 which is supported and fastened accordingly. The shaft 9 can also be additionally supported in the protective tube. The bracket bracket 13 is used to attach the device to a float, a bridge girder or the like depending on the place of use.

In Fig. 4 ist die Vorrichtung gemäß Fig. 3, die jetzt hier ganz all­ gemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet ist, auf einem Schwimmer 15 schwenkbar und arretierbar bei 16 befestigt. Der Schwimmer kann ein einheitliches Teil sein mit einem entsprechenden Ausschnitt, in dem das die Welle umgebende Schutzrohr 11 Aufnahme findet oder auch zweiteilig katamaranartig, so daß der Träger 17, an welchem die Vorrichtung schwenkbar und arretierbar bei 16 befestigt ist, eine Art Brückenträger ist, der über beide Schwimmer hinweggeht. In FIG. 4, the device according to FIG. 3, which is now generally referred to here with the reference number 14 , is fastened on a float 15 so that it can be pivoted and locked at 16 . The float can be a unitary part with a corresponding cutout, in which the protective tube 11 surrounding the shaft is received, or also in two parts, catamaran-like, so that the carrier 17 , to which the device can be pivoted and locked at 16 , is a kind of bridge girder, that goes over both swimmers.

Das Bezugszeichen 18 bezeichnet die Wasseroberfläche, und bei 19 ist ein Teil einer Haltevorrichtung gezeigt, die mit dem Ufer oder mit einem sonstigen festen Teil verbunden ist und den Schwimmer an einem bestimmten Platz auf der Wasseroberfläche 18 festhält. In Fig. 5 ist bei a) eine Draufsicht auf ein Belebtschlammbecken 24 dargestellt mit einer Mittelwand 20 und zwei brückenartigen Gebilden 21 und 21′, auf denen die Vorrichtung, wie in Fig. 5b gezeigt, gelagert und befestigt ist. Die Pfeile 22 zeigen die Strömungsrichtung an, in der das Abwasser in dem Belebtschlammbecken umläuft.The reference numeral 18 designates the water surface, and at 19 a part of a holding device is shown, which is connected to the shore or to another fixed part and holds the float in a specific place on the water surface 18 . In Fig. 5 is a) a plan view of an activated sludge pool 24 is shown with a central wall 20 and two bridge-like structures 21 and 21 ', on which the device, as shown in Fig. 5b, is mounted and attached. The arrows 22 indicate the direction of flow in which the wastewater circulates in the activated sludge basin.

In Fig. 6 ist ein Klarteich oder ein anderer gewöhnlicher Teich, wie Fischteich usw., in der Draufsicht bei a) dargestellt und im Schnitt bei b). Hier erfolgt die Anordnung einer auf einem Schwimmer, wie in Fig. 4 gezeigt, gelagerten Belüftungsvorrichtung, welche das Bezugszei­ chen 23 trägt.Die Vorrichtung ist über die Haltevorrichtung 19 mit dem Ufer 25 verbunden und so an Ort und Stelle gehalten.In Fig. 6 a clear pond or other ordinary pond, such as fish pond, etc., is shown in plan view at a) and in section at b). Here, the arrangement is shown one on a float, as shown in Fig. 4, mounted ventilation device which chen the Bezugszei 23 trägt.Die device is connected to the holding device 19 with the bank 25 and thus held in place.

Fig. 7 zeigt die Anwendung der Vorrichtung in einem Belebtschlamm­ becken in einer etwas anderen Weise. Hier steht die Vorrichtung 14 quasi senkrecht und das Schutzrohr 11 bzw. die Antriebswelle ist von einem düsenartigen Gebilde 26 umgeben, das durch den Propeller 8 in Bewegung versetzte Wasser in Richtung der Pfeile 27 strömt und dabei wieder dem Propeller durch die Anordnung der Düse zugeführt wird. Fig. 7 shows the application of the device in an activated sludge tank in a slightly different way. Here, the device 14 is virtually vertical and the protective tube 11 or the drive shaft is surrounded by a nozzle-like structure 26 which flows through the propeller 8 in the direction of the arrows 27 and is again fed to the propeller by the arrangement of the nozzle .

All diese Vorrichtungen führen dem zu behandelnden Wasser Luft und damit Sauerstoff in feinster Bläschenverteilung und über ein großes Volumen zu, so daß die Ausbeute an Sauerstoff bzw. die Abgabe an das Wasser optimiert ist. Die Ausgestaltung der Vorrichtung, insbesondere des Propellers, die die Luft im Wasser feinblasig verteilt, ist mit geringstem Energieaufwand möglich. All of these devices carry air to the water to be treated and thus oxygen in the finest bubble distribution and over a large one Volume too, so that the yield of oxygen or the delivery to the Water is optimized. The design of the device, in particular of the propeller, which distributes the air in the water in fine bubbles, is the least Energy expenditure possible.  

Die Zufuhr der elektrischen Energie zum Antriebsmotor 12 erfolgt in an sich bekannter Weise über ein nicht dargestelltes Kabel und ent­ sprechende Schalteinrichtungen.The supply of electrical energy to the drive motor 12 takes place in a manner known per se via a cable, not shown, and corresponding switching devices.

In Verfolg des Erfindungsgedankens sind Bohrungen in dem Flügel des Propellers und auch Bohrungen an jenen Teilen der Fläche des Flügels angeordnet, die der Drehrichtung entgegengesetzt sind und die mit dem Strömungskanal in Verbindung stehen. Eine solche Ausgestaltung ist schematisch in der Fig. 8 der Zeichnung angedeutet. Die Kavitationsblase ist mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet.In line with the inventive concept, bores are arranged in the wing of the propeller and also bores on those parts of the surface of the wing which are opposite to the direction of rotation and which are connected to the flow channel. Such an embodiment is indicated schematically in FIG. 8 of the drawing. The cavitation bladder is designated by reference number 28 .

Die Luft, die durch die hohle Propellerwelle, die mit der Atmo­ sphäre in Verbindung steht, erzeugt wird, wird also durch Ausnutzung der Kavität eingeleitet. Bei kleineren Drehstellen unterhalb der Kavität reißt die turbulente Grenzschicht an der Hinterkante des Flügels ab, und der so entstehende Unterdruck saugt die Luft über die Bohrungen 6 an.The air, which is generated by the hollow propeller shaft, which is connected to the atmosphere, is introduced by using the cavity. At smaller pivot points below the cavity, the turbulent boundary layer tears off at the rear edge of the wing, and the resulting vacuum draws the air in through the holes 6 .

Claims (7)

1. Vorrichtung zur direkten Belüftung und Umwälzung von insbesondere Abwässern zur Durchführung biologischer Reaktionen, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereiche der sich bildenden Kavitationsblase an den Flügeln (2) sowie an der entgegen der Drehrichtung gebildeten Fläche des Flügels eines angetriebenen Propellers Bohrungen gebildet sind, über die Luft durch Ausnutzung der Kavität in das Wasser eintritt, die durch die hohle, mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Welle zuströmt.1. Device for direct ventilation and circulation of in particular waste water for carrying out biological reactions, characterized in that bores are formed in the area of the cavitation bubble which forms on the blades ( 2 ) and on the surface of the blade of a driven propeller which is formed counter to the direction of rotation, enters the water via the air by using the cavity that flows in through the hollow wave that is in contact with the atmosphere. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rungen (6) über einen Strömungskanal (4) mit dem Innern der Nabe (1) des Propellers in Verbindung stehen und diese wiederum über eine hohle Propellerwelle (9) mit der Atmosphäre.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Boh stanchions ( 6 ) via a flow channel ( 4 ) with the inside of the hub ( 1 ) of the propeller and this in turn via a hollow propeller shaft ( 9 ) with the atmosphere. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichent, daß der Antrieb des Propellers vermittels eines Elektromotors (12) erfolgt.3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the propeller is driven by means of an electric motor ( 12 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle von einem Schutzrohr (11) umgeben ist und die Vorrichtung auf einer schwenkbar und arretierbar ausgestalteten Tragvorrichtung (16, 17 bzw. 21) angeordnet ist.4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the hollow shaft is surrounded by a protective tube ( 11 ) and the device is arranged on a pivotable and lockable support device ( 16 , 17 and 21 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragvorrichtung auf einem Schwimmer (15) befestigt ist. 5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the carrier device is attached to a float ( 15 ). 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (14) vertikal in einem Belebtschlammbecken (24) in Verbin­ dung mit einem die Welle (11) düsenartig umgebenden Trichter (26) ange­ ordnet ist.6. The device according to claim 1 to 4, characterized in that the device ( 14 ) is arranged vertically in an activated sludge pool ( 24 ) in connec tion with a shaft ( 11 ) nozzle-like surrounding funnel ( 26 ). 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei kleineren Drehzahlen unterhalb der Kavitation die turbulente Grenzschicht an der Hinterkante des Flügels abreißt und der so entstehende Unterdruck Luft über die Bohrungen (6) ansaugt.7. The device according to claim 1 to 6, characterized in that at lower speeds below the cavitation, the turbulent boundary layer at the rear edge of the wing tears off and the resulting vacuum sucks air through the holes ( 6 ).
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388066A1 (en) * 1989-03-13 1990-09-19 Aeration Industries Inc Dispersed air flotation apparatus and method
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DE102022000308B3 (en) 2022-01-27 2023-04-20 Bernd Gombert Device and method for treating water

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