DE4331434C1 - Filtereinrichtung zur Endreinigung von Abwasser - Google Patents
Filtereinrichtung zur Endreinigung von AbwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zur Endreinigung von
Abwasser hinter den biologischen Abbaustufen einer
Abwasserbehandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Feinreinigung organisch belasteter Abwässer werden vielfach
Biofilter als Endreinigungsstufe eingesetzt. Solche Biofilter weisen
spezielle Einbauten oder Schüttungen aus Füllmaterial auf, um durch eine
vergrößerte Oberfläche das Aufwachsen sessiler Mikroorganismen zu
begünstigen. Durch die biologische Abbauleistung der Mikroorganismen
kann eine wesentliche Verminderung der organischen Restbelastung
erreicht werden. Die weitere Funktion derartiger Biofilter besteht
darin, sowohl aus vorhergehenden Behandlungsstufen stammende
Feststoffteilchen als auch Belebtschlammflocken aus dem Prozeß des
Abbaus der organischen Restbelastung wirksam zurückzuhalten.
Für diesen Einsatzzweck sind zahlreiche unterschiedlich konzipierte
Filtereinrichtungen bekanntgeworden wie beispielsweise:
- - Kombinierte Systeme mit getrenntem Reaktor-, Biofilter- und Absetzbehälterteil, wobei vor dem Filterteil auch die Zugabe von sauerstoffhaltigem Gas vorgesehen sein kann,
- - kombinierte Systeme mit getrenntem Tropfkörperteil für den Zutritt von sauerstoffhaltigem Gas zum Abwasser mit nachgeschaltetem ein- oder mehrstufigem Filterteil,
- - Festbettfilter, bei denen nur im Abwasserzulauf ein sauerstoffhaltiges Gas zugesetzt wird, ohne daß eine Rezirkulation einer Abwasserteilmenge erfolgt,
- - Festbettfilter mit Rezirkulation einer Abwasserteilmenge und mit separater Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases zum Abwasser sowie
- - Systeme mit Wirbel- und Festbett im Aufstromverfahren mit schwimmfähigen Festkörpern, wobei die Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases in das Abwasser und eine Rezirkulation eines Teilstroms erfolgen.
Diese Filtereinrichtungen zeichnen sich entweder durch mehrstufige oder
getrennte Behälter als bauaufwendig aus und/oder lassen im biologisch
aktiven Teil des Filters, in dem der Abbau der organischen Restbelastung
weitgehend erfolgen soll, nur einen relativ kleinen Sauerstoffeintrag
zu. Durch diesen begrenzten Sauerstoffeintrag ist jedoch auch die
mögliche Abbauleistung an organischen Kohlenstoffverbindungen stark
begrenzt. Der Sauerstoffbedarf für den aeroben Abbau errechnet sich wie
folgt:
1 g/L BSB₅ benötigt ca. 2,5 g/l O₂.
Da jedoch bei atmosphärischem Druck und z. B. 15°C nur ca. 10 mg/l O₂ im
Wasser gelöst werden können, kann bei höheren erforderlichen Abbauraten
nur durch Zirkulation des Abwassers bei ständigem
Luft-/Sauerstoffangebot der erforderliche Sauerstoffeintrag in das
Abwasser gewährleistet werden.
Aus der gattungsbildenden EP 0 347 296 B1 ist eine Filtriereinrichtung
bekannt, bei der in einem Behälter ein aus schwimmfähigem Schüttmaterial
gebildetes Wirbelbett im unteren Teil des Behälters gebildet wird.
Unmittelbar darüber ist ein Festbett aus ebenfalls schwimmfähigem, aber
vergleichsweise feinkörnigerem und noch leichterem Schüttmaterial
angeordnet. Das Festbett wird nach oben durch einen Lochboden gehalten,
dem eine Stützschicht aus wiederum noch leichterem körnigem Material
vorgelagert ist. Diese Vorrichtung arbeitet nach dem Aufstromprinzip,
d. h. das zu behandelnde Abwasser wird von unten in den Behälter
eingeführt und im oberen Teil hinter dem Festbett wieder abgezogen. Um
die biologischen Abbauvorgänge zu fördern, wird über eine
Begasungseinrichtung im unteren Teil des Wirbelbetts ein
sauerstoffhaltiges Gas zugeführt. Damit bei höherer organischer
Restbelastung eine ausreichende Abbaurate erzielbar ist, kann eine
Teilmenge des aus dem Behälter abgezogenen Abwassers im Sinne einer
Rezirkulation in den unteren Teil des Behälters zurückgeführt werden.
Bei derartigen Systemen mit Aufströmdurchfluß und mit schwimmfähigen
Füllkörpern ist die Ausbildung eines Wirbel- oder Schwebebettes nicht
oder nur sehr begrenzt möglich. Weiterhin treten Probleme durch
Verschlammung und durch den sich zwangsläufig daraus ergebenden höheren
Druckverlust bei der Durchströmung eines 2-Phasen-Mediums (Gasblasen und
Wasser) durch das Festbett, die Trennschicht und den Lochboden auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Filtereinrichtung
dahingehend zu verbessern, daß die vorgenannten Mängel weitgehend
vermieden werden.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 16 angegeben.
Die Erfindung gewährleistet bei äußerst einfacher Bauweise in Form eines
einstufigen Behälters
- - einen größtmöglichen Luft/Sauerstoffeintrag,
- - einen effektiven Abbau der organischen Restbelastung in einer biologisch aktiven Belebungszone mit einer wirksamen Feststoffabtrennung in der anschließenden Feinfiltration und
- - eine einfache Reinigung und problemloses Austragen des gebildeten Überschußschlamms aus dem Gesamtsystem durch Anwendung der herkömmlichen Rückspültechnik.
Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung zeichnet sich durch einen
Schwebebettanteil und einen Festbettanteil für den biologischen Abbau
und die erforderliche Filtration des zufließenden Abwassers aus. In der
über dem Filtermaterial des Festbettes befindlichen Schicht, die durch
das Einströmen vorzugsweise eines Luft-Wasser-Gemisches über einen
Verteiler gut durchwirbelt und mit Luft (oder einem anderen
sauerstoffhaltigen Gas) gesättigt ist, bildet sich eine Belebungszone in
Form eines Wirbelbetts aus, in dem der biologische Abbau organischer
Substanzen aus dem zulaufenden Abwasser erfolgt. Um den zum biologischen
Abbau erforderlichen Sauerstoffeintrag mit Luft zu erreichen, wird ein
Teil des ablaufenden Abwassers mittels einer Umwälzpumpe zirkuliert und
dabei zusätzlich mit Luft angereichert und wieder in die
Filtereinrichtung oberhalb des Festbettes und unterhalb des
Schwebebettes über ein Verteilersystem zurückgeführt. Diese
Rezirkulation und die Luftzufuhr ermöglichen neben dem Sauerstoffeintrag
die erforderliche Auftriebsgeschwindigkeit für den Aufbau des
Schwebebettes durch die aufsteigenden Luftblasen.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die
Erfindung nachfolgend näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen
schematisch eine erfindungsgemäße Filtereinrichtung in Form eines
Schnittbildes, wobei Fig. 1 die Phase des Stillstandes und Fig. 2 den
Betriebsfall mit ausgebildetem Wirbelbett wiedergeben.
Die Filtereinrichtung weist einen zur Vermeidung von
Geruchsbelästigungen vorzugsweise geschlossenen Behälter 1 mit einer
(nicht dargestellten) Entlüftungseinrichtung im oberen Behälterteil auf.
Selbstverständlich kann der Behälter 1 auch oben offen sein. Im unteren
Teil des Behälters 1 ist ein Lochboden 18 mit Abstand vom Behälterboden
angeordnet. Für den Durchtritt von Wasser ist der Lochboden 18 in an
sich bekannter Weise mit Filterdüsen 7 bestückt. Unmittelbar auf dem
Lochboden 18 liegt eine Stützschicht 6, die beispielsweise aus einer
Kiesschüttung von vorzugsweise maximal 0,5 m Dicke besteht und die
Aufgabe hat, die Filterdüsen 7 vor Verstopfung durch Feststoffteilchen
(Filtermaterial) zu schützen. Auf der Stützschicht 6 ruht eine als
Festbett 5 ausgebildete Schicht eines Fittermaterials 18, das
gegebenenfalls auch direkt auf den Lochboden 7 aufgebracht sein könnte.
Als Filtermaterial kommen insbesondere Schüttungen von körnigen porösen
Stoffen wie Aktivkohle, Hydroanthrazit, Blähton oder Bims oder auch
Mischungen derartiger Stoffe untereinander oder mit anderen Stoffen in
Frage. Bevorzugt werden überwiegend oder ganz aus porösen Stoffen
gebildete Feststoffschüttungen. Das Festbett 5 geht nach oben, ohne daß
eine Trennwand dazwischen vorgesehen ist, über in den Raum für das
Wirbelbett 11, der eine Schüttung aus einem körnigen Material 4 enthält,
das vorzugsweise artgleich wie das Filtermaterial 18 ist, also
zweckmäßigerweise eine poröse Struktur aufweist und somit eine große
Oberfläche für den Aufwuchs von sessilen Mikroorganismen bietet. Auf den
Lochboden 18 bzw. auf die Stützschicht 6 kann also eine einzige
Schüttung aus Filtermaterial 4, 18 für das Festbett 5 und das Wirbelbett
11 aufgebracht sein. Diese Schüttung sollte vorzugsweise das Volumen des
Behälters 1 im Ruhezustand etwa zur Hälfte ausfüllen. Dabei sollte die
Schütthöhe des Filtermaterials 18 für das Festbett 5 im Bereich 0,5-
3,5 m und die des Filtermaterials 4 für das Wirbelbett 11 im Bereich 1,0
-6,5 m betragen.
Im oberen Teil des Behälters 1 ist eine Abwasserzuleitung 2 angeordnet,
die in einem in der Nähe der oberen Abdeckung des Behälters 1
angebrachten Zulaufverteiler 10 mündet. Unterhalb des Lochbodens 18 kann
behandeltes Abwasser durch eine Ableitung 8 aus dem Behälter 1
herausgeführt werden. Von dieser Ableitung 8 zweigt eine
Zirkulationsleitung 16 ab, die in dem Behälter 1 im Bereich des unteren
Teils des Wirbelbetts 11 mündet. In die Zirkulationsleitung 16 sind eine
Umwälzpumpe 15 und eine Mischeinrichtung 13 eingeschaltet. Der
Mischeinrichtung 13 kann über eine Luftzuführung 14 Druckluft oder ein
anderes sauerstoffhaltiges Gas zugeführt werden, welches dann intensiv
mit dem durch die Zirkulationsleitung 16 geförderten Abwasserteilstrom
gemischt wird, um diesen mit Sauerstoff anzureichern. Die
Zirkulationsleitung 16 endet in einem Verteiler 12, der sicherstellt,
daß das umgewälzte Abwasser großflächig über den Querschnitt des
Behälters 1 verteilt in diesen eintritt. Die durch das einströmende
Abwasser verursachten Verwirbelungen und insbesondere die mit dem
Abwasser mitgeführten und im Behälter 1 aufsteigenden Gasbläschen sorgen
für eine intensive Durchmischung des Abwassers und eine Aufwirbelung des
Filtermaterials 4 im oberen Teil des Behälters 1 und bewirken somit die
Ausbildung des Wirbelbetts 11 (Fig. 2). Wenn die Zirkulationsleitung 16
nicht betrieben wird, also der Ruhezustand vorliegt, findet keine
Bewegung des Filtermaterials 4 statt (Fig. 1).
Anstelle der bevorzugt eingesetzten Mischvorrichtung 13 könnte auch
vorgesehen sein, die Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gases
unmittelbar im Behälter 1 vorzunehmen. Hierzu wäre aber ein
großflächiges zweites Verteilersystem erforderlich, was mit
entsprechendem Bauaufwand verbunden wäre und zusätzliche Probleme wegen
der Verstopfungsgefahr für die Gasaustrittsöffnungen mit sich bringen
würde.
Um bei Betriebsstillständen einer Verstopfung der Austrittsöffnungen des
Verteilers 12 der Zirkulationsleitung 16 z. B. durch das Filtermaterial 4
vorzubeugen, empfiehlt es sich, bei Einsatz eines rohrförmigen
Verteilers 12 die Austrittsöffnungen jeweils an der Rohrunterseite
anzubringen, wie dies im dargestellten Beispiel der Fall ist.
Bei ordnungsgemäßem Betrieb ist der Behälter 1 mindestens bis zur
Oberkante des Zulaufverteilers 10 mit Abwasser gefüllt. Der Zulauf an zu
behandelndem Abwasser und der Querschnitt des Behälters 1 sind derart
aufeinander abgestimmt, daß die Durchströmung des Wirbelbetts 11 von
oben nach unten mit einer mittleren Durchsatzgeschwindigkeit von nicht
mehr als 10 m/h erfolgt. Mit der mittleren Durchsatzgeschwindigkeit ist
nicht die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit (abhängig von der
Rezirkulation) des Abwassers innerhalb des Wirbelbetts 11 gemeint, die
in der Regel ein Mehrfaches dieser Durchsatzgeschwindigkeit beträgt.
Vielmehr handelt es sich hierbei um den Quotienten aus der
Abwasserzulaufmenge je Zeiteinheit und dem Behälterquerschnitt im
Bereich des Wirbelbetts 11. Die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich
des Festbetts 5 liegt vorzugsweise im Bereich 10 bis 100 m/h. Der
Behälterquerschnitt, der Leitungsquerschnitt der Zirkulationsleitung 16
und die Förderleistung der Umwälzpumpe 15 sind dementsprechend
aufeinander abgestimmt bzw. entsprechend regelbar. Es empfiehlt sich die
Rezirkulation so zu betreiben, daß je Zeiteinheit etwa das 1- bis
3-Fache der zulaufenden Abwassermenge (Rezirkulationsrate) umgewälzt
wird. Wenn, wie dies bevorzugt wird, als sauerstoffhaltiges Gas
Druckluft eingesetzt wird, liegt die einzuspeisende Luftmenge im Bereich
0,5-10 Nm³/h je m³ neu zulaufenden Abwassers. Entsprechend ist die
Luftzuführung 14 auszulegen. Je höher die organische Restbelastung des
zugeführten Abwassers ist, um so höher muß dieser Wert sein.
Entsprechendes gilt für die Rezirkulationsrate.
Insbesondere der sich auf dem Filtermaterial 4 des Wirbelbetts 11
bildende Aufwuchs von sessilen Mikroorganismen sorgt für einen Abbau an
organischen Abwasserinhaltsstoffen und führt somit zu einer
weitestgehenden Eliminierung der organischen Belastung. Der Raum des
Wirbelbetts 11 wirkt also als Belebungszone. Das Festbett 5, in dem sich
zwar ebenfalls ein Aufwuchs an Mikroorganismen bildet und das insoweit
auch einen Beitrag zur Abbauleistung der Filtereinrichtung insbesondere
bezüglich der schwer utilisierbaren Abwasserinhaltsstoffe leistet, hat
in erster Linie aber die Aufgabe, eine Feinfiltrierung des Abwassers zu
bewirken. Teilchenförmige Inhaltsstoffe, vor allem ausgeschwemmte
Biomasse und eventueller Abrieb des Filtermaterials 4 werden wirksam
zurückgehalten. Von Zeit zu Zeit muß dieses festgehaltene Material
ausgetragen werden. Hierzu ist die Anwendung der herkömmlichen
Rückspültechnik vorgesehen. Unterhalb des Lochbodens 18 ist daher eine
Zuführung für Spülwasser 17 und vorzugsweise für zusätzliche Spülluft S
vorgesehen. Die Zuführungen 9, 17 können, wie dies in den Fig. 1 und
2 dargestellt ist, auch mit dem Ausgang der Zirkulationsleitung 16
kombiniert sein, die während des Rückspülvorgangs ansonsten ebenso
wie die Abwasserzuleitung 2 und die Abwasserableitung 8 gesperrt ist.
Die dazu erforderlichen Ventile sind nicht dargestellt worden. Durch
Einleitung von Rückspülwasser/Luft mit ausreichend hohem Druck werden
die im Festbett 5 festgehaltene Teilchen ausgeschwemmt. Durch die grobe
Kiesschüttung der Stützschicht 6 wird die Rückspülflüssigkeit
gleichmäßig über den Querschnitt des Behälters 1 verteilt. Der
aufgelockerte Schmutz verläßt mit dem Spülwasser über den
Zulaufverteiler 10, der jetzt all Überlaufrinne wirkt, den Behälter 1
und wird über eine geöffnete Schmutzwasserableitung 3 in vorgelagerte
Behandlungsstufen der Abwasserreinigungsanlage (nicht dargestellt)
zurückgeführt.
Claims (17)
1. Filtereinrichtung zur Endreinigung von Abwasser hinter den
biologischen Abbaustufen einer Abwasserbehandlungsanlage,
- - mit einem Behälter (1), in dem übereinander ein Festbett (5) zur Filtration und Feststoffabtrennung und ein Wirbelbett (11) zum biologischen Abbau der organischen Restbelastung angeordnet sind,
- - mit einer Zirkulationsleitung (16) zur Rückführung einer Teilmenge des aus dem Behälter (1) ausströmenden behandelten Abwassers in das Wirbelbett (11),
- - mit einer Zuleitung (2) für zu behandelndes Abwasser in das Wirbelbett (11),
- - mit einer Zuführung eines sauerstoffhaltigen Gases in den unteren Teil des Wirbelbetts (11) und
- - mit einer in Strömungsrichtung hinter dem Festbett (5) angeordneten Ableitung (8) für behandeltes Abwasser,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Festbett (5) unterhalb des Wirbelbetts (11) auf einem Lochboden (18) angeordnet ist,
- - daß die Zuleitung (2) für das zu behandelnde Abwasser im oberen Teil des Wirbelbetts (11) in den Behälter (1) mündet, und
- - daß die Zirkulationsleitung (16) unterhalb des Lochbodens (18) aus dem Behälter (1) herausführt und im unteren Teil des Wirbelbetts (11) wieder in den Behälter (1) mündet.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Zirkulationsleitung (16) vor dem Eintritt in den
Behälter (1) eine Mischeinrichtung (13) für die Einleitung des
sauerstoffhaltigen Gases in das Abwasser angeordnet ist und daß ein
Verteiler (12) vorgesehen ist, aus dem das zurückgeführte Abwasser
aus der Zirkulationsleitung (16) über den Querschnitt des Behälters
(1) großflächig verteilt austreten kann.
3. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wirbelbett (11) überwiegend oder ganz aus einem die
Ansiedlung sessiler Mikroorganismen begünstigenden porösen
Filtermaterial (4) gebildet ist.
4. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Festbett (5) überwiegend oder ganz aus einem porösen
Filtermaterial (19) gebildet ist.
5. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Filtermaterial (4, 19) aus Aktivkohle, Hydroanthrazit,
Blähton oder Bims besteht.
6. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lochboden (18) mit Filterdüsen (7) bestückt ist.
7. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Lochboden (18) und dem Filtermaterial (19) des
Festbetts (5) eine Stützschicht (6), insbesondere eine als grobe
Kiesschüttung ausgebildete Stützschicht angeordnet ist.
8. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß im unteren Teil des Behälters (1) mindestens ein
Leitungsanschluß für die Einleitung von Rückspülwasser (17) mit
oder ohne zusätzlicher Spülluft (9) unterhalb des Lochbodens (18)
vorgesehen ist.
9. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schütthöhe des Filtermaterials (19) für das Festbett (5)
0,5-3,5 m beträgt.
10. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Höhe der Stützschicht (6) maximal 0,5 m beträgt.
11. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schütthöhe des Filtermaterials (4) für das Wirbelbett (11)
1,0-6,5 m beträgt.
12. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schüttung des Filtermaterials (4, 19) von Fest- (5) und
Wirbelbett (11) etwa die Hälfte des Volumens des Behälters (1)
ausfüllen.
13. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß in die Zirkulationsleitung (16) eine Umwälzpumpe (15)
eingeschaltet ist, deren Förderleistung derart regelbar ist, daß
je Zeiteinheit das 1- bis 9-Fache der zulaufenden zu behandelnden
Abwassermenge umgewälzt wird.
14. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases als Luftzuführung,
insbesondere als in die Mischvorrichtung (13) mündende
Luftzuführung (14) ausgebildet ist, deren Luftförderleistung in
Abhängigkeit von der zulaufenden Abwassermenge im Bereich von
0,5-10 Nm³/h je m³ Abwasser einstellbar ist.
15. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Behälters (1) abhängig von der vorgesehenen
Zulaufmenge an zu behandelndem Abwasser derart ausgelegt ist, daß
die Durchströmung des Wirbelbetts (11) mit einer mittleren
Durchsatzgeschwindigkeit von maximal 10 m/h erfolgt.
16. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Behälters (1) abhängig von der
Förderleistung in der Zirkulationsleitung (16) derart ausgelegt
ist, daß die Durchströmung des Festbettes (5) mit einer mittleren
Geschwindigkeit von 10-100 m/h erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934331434 DE4331434C1 (de) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | Filtereinrichtung zur Endreinigung von Abwasser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934331434 DE4331434C1 (de) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | Filtereinrichtung zur Endreinigung von Abwasser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4331434C1 true DE4331434C1 (de) | 1994-11-17 |
Family
ID=6497834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934331434 Expired - Fee Related DE4331434C1 (de) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | Filtereinrichtung zur Endreinigung von Abwasser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4331434C1 (de) |
Cited By (5)
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-
1993
- 1993-09-13 DE DE19934331434 patent/DE4331434C1/de not_active Expired - Fee Related
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