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"Verfahren und Einrichtung zur Reinigung von Abflüssigkeiten"
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung
von Abflüssigkeiten. Unter"Abflüssigkeiten" werden unerwünschte Bestandteile bzw.
Abfallbestandteile enthaltende Flüssigkeiten verstanden. In erster Linie kommt als
Abflüssigkeit Abwasser in Betracht.
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Die Verschmutzung von Flüssen, Seen, Mooren und Meeren ist zurückzuführen
auf verunreinigte Abflüssigkeiten von Fabriken, einzelnen Wohnanlagen, Restaurants,
Versammlungshallen und dergleichen. Bisher werden Behandlungsvorrichtungen zur Reinigung
derartiger Abflüssigkeiten eingesetzt, bei denen durch die Aktivität von Mikroorganismen,
die in Schlamm leben, sauberes Wasser erzeugt wird.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Reinigung von aus Ausscheidungen des menschlichen Körpers (Fäkalien
und Urin) und aus verschiedenen Abflüssigkeiten von Orten der oben genannten Art
zusammengesetzten bzw. gemischten Abflüssigkeiten mittels der Aktivität von Mikroorganismen.
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Allgemein umfassen die Behandlungsprozesse für schmutzige Abflüssigkeiten
einen-primären und einen sekundären Behandlungsprozeß etc. Bei dem erfindungsgemäß
vorgesehen Verfahren wird
ein Absetzbehälter als Mittel für den
primären Behandlungsprozeß benutzt, in dem sich schwere, verhältnismäßig große Schmutzstoffe
und Staub ablagern, und wird ein Behälter mit überfluteten Belebtbetten (bioaeration
beds) bzw. biologisch belüfteten/belebten Betten bzw. Belebtschlammbetten als Mittel
für den sekundären Behandlungsprozeß verwendet, um die sich im Absetzbehälter absondernde,
oben befindliche Flüssigkeit reiner und sauberer zu machen. Das Mittel für den sekundären
Behandlungsprozeß spielt eine bedeutende Rolle, weil die Qualität seiner Funktion
die Reinigungswirkung der gesamten Anlage bestimmt.
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Eine gründliche Untersuchung des sekundären Behandlungsprozesses durch
den Erfinder führte zur Erfindung eines Behälters mit überfluteten Belebtbetten,
dr im folgenden beschrieben ist: In dem Behälter mit überfluteten Belebtbetten ist
gemäß der Erfindung eine Mehrzahl rechteckiger, befluteter oder Mediums-Flachelemente
aus Kunststoff, insbesondere aus Polyvynylchlorid, oder aus Asbestzement, die die
Basen für sich entwickelnde Biomembrane oder dünne, biologisch aktive Schichten
bilden, parallel zueinander und mit gleichmäßigem Abstand horizontal angeordnet.
Nach einer Untersuchung des Erfinders hängt die Vermehrung und die Tätigkeit von
Mikroorganismen kaum von der Art des Werkstoffes ab, aus dem die befluteten oder
Mediums-Flachelemente bestehen. Das obere dieser Flachelemente ist mit
seinen
beiden Seiten und einem Ende in enger Berührung mit drei Wänden des Behälters angebracht,
und zwischen dem anderen Ende und der verbleibenden, gegenüberliegenden Behälterwand
wird ein Spalt von einigen Zentimetern gebildet. Zwischen dem folgenden Flachelement
und der entsprechenden Behälterwand wird ein Spalt auf der gegenüberliegenden Seite
gebildet. Auf diese Weise sind den Behälter hinab die Flachelemente abwechselnd
angeordnet und bilden Spalte in Zick-Zack-Anordnung.
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Die Abflüssigkeit aus dem Absetzbehälter wird an einem Ende dem obersten,
befluteten oder Mediums-Flachelement zugeführt, wonach die Charge zu dem Spalt am
anderen Ende des Flachelements fließt, wo sie dann auf das darunterliegende Flachelement
fällt. An dieser Stelle fließt die Charge in die entgegengesetzte Richtung zu dem
gegenüberliegenden Spalt, durch den sie auf das nächste Flachelement fällt. Das
setzt sich in dem Belebtbetten-Behälter nach unten hin bis zum Boden fort. In der
Praxis füllt die schmutzige Abflüssigkeit den Behälter.
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Dieser ist mit Lufthebepumpen ausgestattet, durch die die schmutzige
Abflüssigkeit vom Bodenbereich nach oben angehoben wird und durch die Spalte zwischen
den einzelnen Flachelementen im Zick-Zack wieder in Umlauf gebracht wird, wie soeben
erläutert.
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Im folgenden werden einige Erläuterungen zur Tätigkeit von in Schlalllm
lebenden Mikroorganismen gegeben. Wenn in dem oben beschriebenen Behälter mit überfluteten
Belebtbetten Luft mit Hilfe der Lufthebepumpen zugeführt wird und Sauerstoff durch
die
Bewegung von kleinen Luftblasen mit der schmutzigen Abflüssigkeit gemischt wird
und sich in dieser löst, wodurch aerobe Bakterien, die in der Abflüssigkeit enthalten
sind, atmen und ihre Vermehrung beschleunigen können, bleiben dadurch die Mikroorganismen
an den befluteten oder Mediumsplatten hängen, um Biomembrane zu bilden. Die Mikroorganismen
vermehren sich mehr und mehr, indem sie Verunreinigungen adsorbieren und aufnehmen,
die in der schmutzigen Abflüssigkeit enthalten sind, und üben damit ihre ausgezeichnete
Reinigungswirkung aus.
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Während dieses Vorgangs wird die schmutzige Abflüssigkeit rasch zu
klarem Wasser gereinigt. Zur Erzeugung von soviel Biomembranen wie möglich durch
Vergrößerung der Oberfläche und zur Verbesserung der Reinigungswirkung sind die
befluteten oder Mediumsplatten, die die Basen für die Entstehung der Biomembrane
bilden, in mehreren Lagen vorgesehen. Der Grund, warum bei dem Behälter mit überfluteten
Belebtbetten bzw. -schichten gemäß der Erfindung die befluteten Platten horizontal
und parallel zueinander angeordnet sind, besteht darin, die Biomembrane in einem
stabilen Zustand wachsen zu lassen und zugleich Kontakt zwischen der schmutzigen
Abflüssigkeit und den Biomembranen wieder und wieder herzustellen, die an beiden
Seiten jeder befluteten oder Mediumsplatte anhaften. Daher kommt die schmutzige
Abflüssigkeit, die turbulent in den Behälter hineinfließt, während seiner Rezirkulation
vom oberen Ende zum Boden und vom Boden zum oberen Ende in Berührung mit den Biomembranen.
Andererseits führt ein Absetzvorgang aufgrund der Schwerkraft
während
des Durchflusses der schmutzigen Abflüssigkeit sowohl zur Beschleunigung der Adsorption
an den Biomembranen als auch zur Verbesserung der Reinigungswirkung. Daraus folgt,
daß kaum suspendierte Feststoffe und Schlamm gebildet werden und daß sowohl die
Werte für B.O.D. (biochemischer Sauerstoffbedarf) und für C.O.D. (chemischer Sauerstoffbedarf)
äußerst niedrig sind, was ausgezeichnete Reinigungswirkungen bedeutet.
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Als Grund, warum kaum Schlamm gebildet wird, wird angenommen, daß
die speziellen Bakterien in den Biomembrankörpern, die an den befluteten oder Mediumsplatten
anhaften, auf den Biomembranen leben und daß dadurch die Vermehrung der Bakterien
mit der Vermehrung der Biomembrane ausgeglichen ist. Der extrem niedrige Gehalt
an suspendierten Feststoffen ist den Tatsachen zuzuschreiben, daß die Biomembrane
eine sehr viel größere Adsorptionskraft haben und daß die Mikroorganismen in zufriedenstellender
Weise suspendierte Feststoffe für den Stoffwechsel aufnehmen. Eine mikroskopische
Untersuchung der Biomembrane zeigt deutlich, daß Vorticella und Opercularia als
Vertreter der aeroben Bakterien sich in großen Mengen vermehren. Philodina und Podophrya
als Vertreter der Bakterien, die von Biomembranen (Bakterien) leben, sind ebenfalls
gleichzeitig mit den erwähnten Bakterien vorhanden. Da biologische Aktivitäten groß
sind, wie erläutert, erleichtern vergrößerte beflutete oder Mediumsplatten sowohl
eine Verbesserung der Reinigungskapazitat als auch die Erzielung eines B.O.D.-Wertes
(biochemischer Sauerstoffbedarf) der vorgereinigten Abflüssigkeit von weniger als
10 p.p.m.. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann
bei allen in großem
Maßstab durchgeführten Behandlungen eingesetzt werden, wenn sie entsprechend vergrößert
wird.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert,
das in der Zeichnung dargestellt ist.
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Es zeigen: Figur 1 eine schematische Draufsicht der Einrichtung gemäß
der Erfindung Figur 2 einen Vertikalschnitt durch das Absetzbecken gemäß der Erfindung
und Figur 3 einen Vertikalschnitt durch das Becken mit eingetauchten Schlammbelebungsschichten
gemäß der Erfindung.
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Wie in Fig. 1 gezeigt ist, fließt verunreinigte, trübe oder schlammige
Abflüssigkeit durch eine Leitung 1 in einen Absetzbehälter 2, und die sich dort
absondernde, oben befindliche Flüssigkeit fließt durch ein Transportrohr 3 in einen
Behälter 5 mit überfluteten, biologischen Belüftungs- bzw. Belebungsbetten, in dem
es gereinigt wird, worauf die gereinigte Flüssigkeit durch ein Auslaßrohr 6, eine
Desinfektionsbehälter 7 und ein Ablaufrohr 8 abgeleitet wird.
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Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den Absetzbehälter 2 gemäß
der Erfindung. Die Abflüssigkeit a fließt durch die Leitung 1 in ein Fallrohr 9
des Absetzbehälters 2. Die Abflüssigkeit verläßt das Fallrohr 9 durch eine Öffnung
10, die im unteren Bereich des Fallrohrs 9 in dessen Seite zum Inneren des Absetzbehälters
2 weisend vorgesehen ist, strömt gegen eine Ablenkplatte 11, die einen unteren,
der Behälterwand zugewandten,
auf diese hin abgewinkelten Seitenbereich
aufweist, fließt langsam in den Mittelbereich des Behälters und sammelt sich in
diesem. Während dieser Sammlung setzen sich verhältnismäßig schwere, große Stoffe
wie beispielsweise Papier, Abfall und dergleichen am Boden ab, wo sie den Bodensatz
b bilden. Da keine Sauerstoffzufuhr zum Bodensatz b vorgesehen ist, zerfällt dieser
durch die Wirkung von anaeroben Mikroorganismen in sehr kleine Partikel, wodurch
Schlamm gebildet wird. Die untere Öffnung 10 des Fallrohres 9 und die Ablenkplatte
11 dienen der Ermöglichung einer sehr langsamen Strömung der Abflüssigkeit, so daß
der Bodensatz b, der sich am Boden abgesetzt hat, durch das Einfließen der Abflüssigkeit
nicht aufgewühlt wird.
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Die schmutzige Abflüssigkeit, die sich in dem Absetzbehälter 2 ansammelt,
füllt diesen bis zur Höhe des oberen Transportrohres 3. Durch die Leitung 1 gelangt
die schmutzige, trübe oder dickflüssige Abflüssigkeit in den Absetzbehälter 2, in
dem sich die schwereren Stoffe, z.B. der oben erwähnten Art, absetzen. Die sich
abtrennende, oben befindliche, verunreinigte Abflüssigkeit c fließt zwischen zwei
Wehrplatten 13 und 14 im oberen Bereich des Absetzbehälters 2 hindurch und durch
das Transportrohr 3 in einen Behälter 5 mit überfluteten, biologisch belüfteten
bzw. belebten Betten, der in der Nähe des Absetzbehälters 2 angeordnet ist. In eine
Deckplatte 18 des Absetzbehälters 2 sind zwei Kontrollöffnungen 15 und 16 und eine
Entlüftungsöffnung 17 eingearbeitet; der Absetzbehälter 2 wird von Zeit zu Zeit
gereinigt, indem der Schlamm durch die Kontrollöffnungen 15 und 16 mit Hilfe von
Pumpen abgezogen
wird. Die beiden Wehrplatten 13 und 14 dienen
als Ablenkplatten und bilden damit eine Trenneinrichtung; die verhindert, daß die
Feststoffe im Bodensatz b, die an den während des Zerfalls des Bodensatzes b gebildeten
Gasblasen anhängen und damit Auftrieb bekommen und nach oben gelangen, durch das
Transportrohr 3 in den benachbarten Behälter 5 fließen und daß sich die schwereren
Feststoffe, die zusammen mit der oben befindlichen, schmutzigen Abflüssigkeit c
einfließen, wieder absetzen. Die durch die beim Zerfall des Bodensatzes b gebildeten
Gasblasen nach oben getragenen Feststoffe bilden an der Oberfläche einen Schwimmschlamm.
Obwohl der sich an der Oberfläche bildende Schwimmschlamm manchmal eine Schicht
bildet, setzt er sich wieder ab, wenn er durch Stangen zerstört wird, die durch
die Kontrollöffnungen 15 und 16 eingeführt werden.
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Luft, die durch die Spalte zwischen der Deckplatte 18 des Behälters
und den Behälterwänden leckt, und Geruch werden über eine Entlüftungsöffnung 17
abgezogen. Die oben befindliche, schmutzige Abflüssigkeit c, die den Absetzbehälter
2 durch das Transportrohr 3 verläßt, wird über einen Einlaß 21 unmittelbar in den
oberen Bereich des Behälters 5 geleitet, wie Fig. 3 zeigt. Im unteren Bereich des
Beckens 5 befindet sich eine Auslaßöffnung 24, über die die gereinigt Flüssigkeit
in ein dort angebrachtes äußeres Auslaßrohr 6 abgeführt wird. Der Behalter 5 ist
an seiner Außenseite mit Luftheberrohren 22 ausgestattet, die vom Bodenbereich zum
oberen Teil führen.
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In jedes Luftheberrohr 22 ist ein Druckluftrohr 23 eingesetzt.
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Die schmutzige Abflüssigkeit d wird vom Bodenteil mittels der
Lufthebepumpen
durch die Luftheberrohre 22 in den oberen Bereich zurückgeführt. Wie bereits erwähnt,
sind in dem Behälter 5 rechteckige, überströmte bzw. überrieselte Platten oder Mediumsplatten
25 und 25' von etwa 3 mm Stärke horizontal und versetzt übereinander mit gleichmäßigen
Abständen e angebracht.
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Der geschlossene, kastenförmige Behälter 5 mit überfluteten, biologisch
belüfteten bzw. belebten Betten wird zuvor folgendermaßen hergestellt: Zunächst
werden eine erste Gruppe von horizontalen, parallelen, überfluteten Platten 25 und
eine zweite Gruppe von fast derselben Zahl von horizontalen, parallelen, überfluteten
Platten 25' im rechten Winkel mit einem Ende an einer ersten Behälterwand 27 bzw.
einer zweiten Behälterwand 28 befestigt. Danach werden die Behälterwände 27 und
28 parallel zueinander so angeordnet, daß die Gruppe der Mediumsplatten 25 und die
Gruppe der Mediumsplatten 25' ineinander so eingreifen, daß die Platten 25 und 25'
mit gleichen Abständen zu beiden Seiten einer Mittellinie und mit gleichen Abständen
e übereinander alternieren. Schließlich werden die beiden anderen Behälterwände
und eine untere und eine obere Deckplatte 33 an den Behälterwänden 27 und 28 befestigt.
Wie erwähnt, sind die Platten 25 und 25' zueinander versetzt, und der Abstand e
zwischen den Platten 25 und 25' beträgt bis zu 3 - 10 cm, so daß ein Durchfluß der
Schmutzflüssigkeit, die den Behälter anfüllt, erleichtert wird. Zwischen den nicht
befestigten Enden jeder Platte 25 und 25' und der gegenüberliegenden Behälterwand
b(5-findet sich ein Spalt (Übergang f) von etwa 4 - 8 cm.
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Die oben befindliche, schmutzige Flüssigkeit c, die durch das Transportrohr
3 und den Einlaß 21 in den Behälter 5 gelangt, fällt in diesem bis zu der obersten,
befluteten Platte 25', wobei sie auseinanderströmt, fließt auf dieser entlang und
verteilt sich in horizontaler Richtung, wodurch sie in Berührung mit der Luft kommt.
Die Abflüssigkeit fließt bis zu dem übergang f, wo sie auf die nächste, beflutete
Platte fällt und auf dieser in entgegengesetzter Richtung durch den Spalt e zwischen
der obersten Platte 25' und der darunterliegenden Platte 25 zum nächsten Übergang
f fließt, durch den sie auf die dritte Platte 25' fällt. Dieser Vorgang wiederholt
sich, bis die Abflüssigkeit den Bodenbereich 31 erreicht, denn die vom oberen Bereich
des Behälters 2 stammende Abflüssigkeit c, die in den oberen Bereich des Behälters
5 eingetreten ist, fließt alternierend durch die Spalte e zwischen den Platten 25
und 25' und durch die Übergänge f bis zum Bodenbereich 31 im Zick-Zack nach unten.
Die Abflüssigkeit d, die den Bodenbereich 31 erreicht hat, wird mittels der Lufthebepumpen
durch die Luftheberrohre 22 in den oberen Teil des Behälters 5 angehoben und fällt
dort auf die oberste Platte 25', wo sie sich mit der soeben erwähnten Abflüssigkeit
c vereinigt. Die vermischte Abflüssigkeit fließt unaufhörlich durch die einzelnen
Spalte e zwischen den Platten 25 und 25' nach unten. Wenn die Höhe des oberen, horizontalen
Teils des äußeren Auslaßrohres 6, das mit der Auslaßöffnung 24 im Bodenbereich 31
verbunden ist, etwas über der obersten Platte 25' liegt, kann die Abflüssigkeit
umgewälzt werden, während die Oberfläche der Abflüssigkeit, die den Behälter 5 füllt,
der Höhe nach über der obersten
Platte 25' gehalten wird. Wenn
daher die Höhe des oberen, horizontalen Teils des Auslaßrohres 6 der Höhe nach oder
weit über der Höhe der obersten Patte 25' und etwas unter dem Transportrohr 3 liegt,
ist die Umwälzung zufriedenstellend.
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Dieselbe Menge von Abflüssigkeit d, die vom oberen Bereich des Absetzbehälters
2 durch das Trasportrohr 3 in den Behälter 5 fließt, gelangt zu der gereinigten
Flüssigkeit, die durch die Auslaßöffnung 24 und das Auslaßrohr 6 abgeführt wird;
das bedeutet, daß dann, wenn die Abflüssigkeit d durch den Behälter und die Lufthebepumpen
im Kreislauf so umgepumpt wird, daß sie den Behälter füllt, die organischen, in
der Abflüssigkeit d enthaltenen Substanzen durch die Aktivität der Biomembrane zersetzt
werden, welche sich an beiden Seiten jeder befluteten oder Mediumsplatte 25 und
25' gebildet haben, wodurch die Flüssigkeit gereinigt wird.
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Während die Kläranlage wie beschrieben betrieben wird, ist es vorteilhaft,
zusätzlich ein Strömungsregulierungsgerät einzusetzen, weil die Abflüssigkeitsmengen
aus Küchen, verschiedene Abflüssigkeiten, menschliche Fäkalien, Urin usw. in Abhängigkeit
von der Jahreszeit, dem Wochentag, der Tageszeit etc.
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unterschiedlich groß sind und weil manchmal eine Schwankung der Eigenschaft
einer zusammengesetzten Abflüssigkeit als Begleiterscheinung einer Behandlung zur
Vereinigung verschiedener Arten von Abflüssigkeiten vorkommt; es ist nämlich möglich,
das durchschnittliche Mischungsverhältnis und die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit
aufrecht zu erhalten, indem ein Strömungsregulierungsbehälter 4 mit einem Durchflußmesser
am Transportrohr 3 angebracht wird, -das die Flüssigkeitsverbir.-dung
zwischen
dem Absetzbehälter 3 und dem Behälter 5 herstellt, wie Fig. 1 zeigt. Obwohl in dem
dargestellten Beispiel für die Erfindung der Absetzbehälter 2 und der Behälter 5
getrennt voneinander vorgesehen und zu einer Kläranlage miteinander verbunden sind,
ist es auch möglich, entweder eine Reinigungsanlage zu konstruieren, in der ein
einziger Behälter durch eine innere Trennwand in zwei Abteilungen aufgeteilt wird,
nämlich einen Absetzbehälter und einen Behälter mit überfluteten, biologisch belüfteten
bzw. belebten Betten, wobei beide Behälter miteinander in Verbindung sind, oder
eine Reinigungsanlage, in der der Absetzbehälter auf dem Behälter mit den überfluteten,
biologisch belüfteten bzw. belebten Betten angeordnet ist, wobei beide Behälter
miteinander in Verbindung stehen. Auch mit einer solchen Reinigungsanlage kann das
erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren durchgeführt werden, selbst dann, wenn die
für die Anlage zur Verfügung stehende Bodenfläche kleiner ist.
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Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind die folgenden: 1. Die
Verwendung von befluteten Flachelementen oder Mediumsflachelementen (Laminarelementen)
großer Oberfläche führt zu einer kompakten Ausführung der Reinigungsanlage, und
die durch diese Anlage eingenommene Grundfläche ist gegenüber bekannten Anlagen
erheblich verringert.
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2. Die horizontalen, parallelen, befluteten oder Mediumsplatten führen
zu einer Stabilität der Biomembrane, so daß sich diese sehr rasch vermehren und
nicht davon wegkommen.
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3. Der Anteil suspendierender Feststoffe nach der Reinigung ist geringer,
und es wird während der Reinigungsbehandlung kaum Schlamm produziert. Bisher verwendete
Anlagen zum Klären haben Schwierigkeiten bei der Beseitigung des in großen Mengen
anfallenden Schlammes, so daß für die Beseitigung erhebliche Kosten erforderlich
sind. Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung verringern diese Nachteile
und Schwierigkeiten.
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4. Die Reinigungswirkung der Kläreinrichtung gemäß der Erfindung hängt
kaum von den Temperaturen der Atmosphäre oder der Abflüssigkeiten ab. Nach den Untersuchungsergebnissen,
die vom Erfinder ermittelt wurden, ist selbst in kalten Jahreszeiten, in denen die
Temperatur der Atmosphäre O °C und die Temperatur der Abflüssigkeit 4 - 5 °C beträgt,
kein Nachlassen der Reinigungswirkung festzustellen.
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5. Da keine technische Einrichtung für die Wartung und den Betrieb
erforderlich ist, sind diese einfach und leicht durchführbar, so daß die Kosten
für Wartung und Behandlung geringer sind. Die Betriebskosten sind im Vergleich mit
anderen Behandlungsverfahren ebenfalls geringer.
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6. Die Reinigungswirkung der Einrichtung gemäß der Erfindung ist besser
als bei bisher benutzten Anlagen.
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7. Die erfindungsgemäß vorgesehene Einrichtung ist auch für die Klärung
von Abflüssigkeiten in kleinem Umfang geeignet, beispielsweise für Wohnungen, Wohnhäuser,
kleine Versammlungsräume etc..
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