DD211544A1 - METHOD AND DEVICE FOR WASTEWATER TREATMENT - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von geklaertem Abwasser, Biogas und Humusduenger durch anaerobe Fermentation von hochbelasteten Abwaessern mit Feststoffbeladung in stueckiger, faseriger oder kruemeliger Form. Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung zu schaffen, um ohne vorherige Fest-Fluessig-Trennnung und bei guenstiger Energieoekonomie hohe Raum-Zeit-Ausbeuten beim mikrobiellen Abbau zu erzielen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass ein Ruehrkesselreaktor und ein Pfropfenstroemungsreaktor raeumlich so miteinander gekoppelt werden, dass der Ruehrkesselreaktor vorwiegend der hydrolytischen Stufe der Saeurephase vorbehalten bleibt und die endgueltige Aufarbeitung der verfluessigten Produkte im Stroemungsreaktor erfolgt.The invention relates to a method and apparatus for generating clarified wastewater, biogas and humus fertilizer by anaerobic fermentation of highly polluted wastewater with solids loading in pieces, fibrous or kruemeliger form. The object of the invention is to provide such a device in order to achieve high space-time yields in microbial degradation without prior solid-liquid separation and with favorable Energieoekonomie. According to the invention, the object is achieved in that a stirred tank reactor and a plug flow reactor are spatially coupled to one another in such a way that the stirred tank reactor is reserved predominantly for the hydrolytic stage of the acid phase and final workup of the liquefied products takes place in the flow reactor.
Description
Titel der ErfindungTitle of the invention
Verfahren und Torrichtung zur AbwasserbehandlungProcess and gate direction for wastewater treatment
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abwasser, die in der Kommunalwirtschaft, Industrie und Landwirtschaft anfallen.The invention relates to a method and a device for the treatment of wastewater, which are incurred in the communal services, industry and agriculture.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die in der Kommunalwirtschaft, Industrie und Landwirtschaft anfallenden Abwässer sind üblicherweise noch mit einer mehr oder weniger hohen Pracht von stückigen, faserigen oder krümeligen anorganischen oder aber mikrobiell schwer zersetzbaren organischen Stoffen belastet.The accumulated in the municipal industry, industry and agriculture wastewater are usually still burdened with a more or less high splendor of lumpy, fibrous or crumbly inorganic or microbially difficult to decompose organic matter.
Organische Abwasser, insbesondere Gülle, besitzen eine kolloidale Struktur, die einer guten Fest-Flüssig-CDrennung auch bei groben, faserigen oder krümeligen Partikeln entgegenwirkt, da die Dichteunterschiede der Inhaltsstoffe gering sind. Sie neigen aber andererseits infolge von Abbauvorgängen durch die natürlicherweise bereits enthaltenen Mikroorganismen bei längeren Standzeiten in Kanälen u. ä. zur unkontrollierten und unerwünschten Schwlmmdecken- und Bodensatzbildung.Organic wastewater, especially manure, have a colloidal structure which counteracts good solid-liquid separation, even with coarse, fibrous or crumbly particles, since the density differences of the ingredients are low. On the other hand, they tend due to degradation processes by the naturally already contained microorganisms in longer life in channels u. Ä. For uncontrolled and unwanted Schwlmmdecken- and sedimentation.
-3N0!M982*G4äO9-3N0! M982 * G4äO9
Eine weitere Aufarbeitung und Behandlung der Abwasser ist daher zur funktionssicheren und kostengünstigen Entsorgung unumgänglich· Die dafür bisher neben anderen Verfahren und Methoden eingesetzte anaerobe Fermentation diente so nahezu ausschließlich der Klärung der Abwasser, d. h. der Erzeugung umweltfreundlicher Abprodukte. Neuerdings legt man auch auf die Energiegewinnung (Biogas) großen Wert. Für die anaerobe Fermentation (Biogasgewinnung) organischer Abwasser hat sich das Strömungsprinzip des ideal durchmischten Rührkesselreaktors in seiner einfachen, robusten Bauart mit seiner in weiten Grenzen anpassungsfähigen Raumbelastung durchgesetzt. Ziel ist dabei eine über das gesamte Behältervolumen möglichst gleichmäßige Verteilung von Impfschlamm, Substrat und Temperatur, d. h. eine möglichst große aktive Oberfläche bei minimalen Gradienten der charakteristischen Größen zu schaffen. Beim massenhaften Anfall der Abwasser und der damit verbundenen notwendigen Zunahme des Behältervolumens ist dieses Optimum im praktischen Faulbetrieb nicht mehr zu verwirklichen. Ein großer Machteil dieser Technologie ist auch die niedrige Substratkonzentration im Behälter, die im Idealfall mit der Austritt skonz entrat ion identisch ist und damit bei einer konzentrationsabhängigen·Reaktion, wie der anaeroben Fermentation, der Erzielung einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute im Wege steht. Weiterhin steigt mit Zunahme des Behältervolumens auch die Totzeit für gezielte Manipulationen des Prozesses von außen, d. h. das Regelverhalten wird zeitlich ungünstiger. Außerdem werden in einem solchen Reaktor die günstigsten Lebensbedingungen für die am Gesamtabbau beteiligten Mikroorganismen nicht erreicht, sondern es stellen sich nur durchschnittliche Be-Further processing and treatment of the wastewater is therefore essential for functionally reliable and cost-effective disposal. The anaerobic fermentation previously used for this purpose alongside other methods and methods was thus used almost exclusively for the clarification of the wastewater, ie. H. the production of environmentally friendly waste products. Recently, great importance has been attached to energy production (biogas). For the anaerobic fermentation (biogas production) of organic wastewater, the flow principle of the ideally mixed stirred tank reactor has prevailed in its simple, robust design with its adaptable room load within wide limits. The aim is a distribution of seed sludge, substrate and temperature over the entire container volume which is as uniform as possible. H. To create the largest possible active surface with minimal gradients of the characteristic sizes. In the mass seizure of wastewater and the associated necessary increase in the container volume of this optimum in practical digestion is no longer feasible. A major part of this technology is also the low substrate concentration in the container, which is ideally identical to the outlet skzone entrat ion and thus in a concentration-dependent reaction, such as the anaerobic fermentation, the achievement of a high space-time yield in the way. Furthermore, as the container volume increases, so does the dead time for targeted manipulations of the process from the outside, i. H. the control behavior becomes less favorable in time. Moreover, the most favorable living conditions for the microorganisms involved in the total degradation are not achieved in such a reactor, but only average
dingungen ein, die für alle Mikroorganismen annehmbar sind· Bekannt ermaß en vollzieht sich der Abbau der organischen Stoffe bei der anaeroben Fermentation über die Stufen Hydrolyse, Zerlegung der verflüssigten Produkte in kurzkettige, organische Säuren bzw. Stoffe mit Säure Charakter (pH^7) und dem eigentlichen Methanbildungsprozeß (pH>7), d. h. nur die Substanzen werden letztlich in Biogas überführt, die vorher in der sauren Phase verflüssigt wurden. Der Prozeß des Abbaues insgesamt ist konzentrationsabhängig und läuft umso schneller ab, je höher die Konzentration an organischer Substanz ist. Ein erster Schritt zur Erzielung höherer Raum-Zeit-Ausbeuten ist die räumliche Aufspaltung des Gesamtprozesses in die einem bestimmten pH-Milieu und einer bestimmten Kikroorganismenpopulation entsprechende Säure- und Methanphase entsprechend US-PS 4,022,665*Conditions known to be acceptable to all microorganisms. The decomposition of organic substances in anaerobic fermentation is known to occur via the stages of hydrolysis, decomposition of the liquefied products into short-chain, organic acids or substances with acid character (pH ^ 7) and the actual methane formation process (pH> 7), d. H. only the substances are ultimately converted into biogas, which were previously liquefied in the acidic phase. The process of total degradation is concentration-dependent and proceeds the faster the higher the concentration of organic matter. A first step towards achieving higher space-time yields is the spatial splitting of the overall process into the acid and methane phase corresponding to a specific pH environment and a certain microbial population according to US Pat. No. 4,022,665 *
Die Phasen lassen sich nun nach den günstigsten Lebensbedingungen der Mikroorganismen getrennt voneinander regeln und steuern. Damit wurde insgesamt eine höhere Eaum-Zeit-Ausbeute bei insgesamt verkleinertem Eeaktorvolumen gegenüber dem einstufigen Reaktor erzielt. Pur hochbelastete Abwässer, deren organische Belastung bereits in gelöster oder disperser Form vorliegt, wurden auch schon Reaktoren nach dem Strömungsprinzip der Pfropfenströmung entsprechend CH-PS 582 630 eingesetzt. Die notwendige innere Oberfläche wird durch Einbauten als Mikroorganismensiedlungsfläche erzielt.The phases can now be controlled and controlled separately according to the most favorable living conditions of the microorganisms. Thus, overall a higher Eaum-time yield was achieved with a total reduced reactor volume compared to the single-stage reactor. Pure highly polluted wastewater, the organic load is already present in dissolved or disperse form, even reactors were used according to the flow principle of the plug flow according to CH-PS 582 630 . The necessary inner surface is achieved by internals as microorganism settlement area.
Da hierbei über einen langen Zeitraum des Abbaues die Substratkonzentration sehr hoch gehalten wird, die geforderte Endkonzentration erst am Reaktoraustritt erreicht wird und prinzipbedingt die Mikroorganismen-Since the substrate concentration is kept very high over a long period of degradation, the required final concentration is reached only at the reactor outlet and inherently the Mikroorganismen-
gruppen räumlich voneinander getrennt vorliegen, werden hier wesentlich höhere Saum-Zeit-Ausbeuten erzielt· Reaktoren dieses Strömungstyps lassen sich aber nicht für Abwasser einsetzen, die mit stückigen, faserigen oder krümeligen anorganischen oder aber mikrobiell schwer zersetabaren organischen Stoffen belastet sind, da es hierbei zur Verstopfung der Schüttung oder aber bei beweglicher Schüttung zu Kurzschlußströmungen, teilweiser Auswaschung der Schüttung infolge der Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit in den noch offenen Kanälen und damit insgesamt zu einer ungenügenden Reinigung kommt·However, reactors of this type of flow can not be used for wastewater that is loaded with lumpy, fibrous or crumbly inorganic or microbially difficult zersetabaren organic substances, as it is here to Clogging of the bed or, in the case of a mobile bed, short-circuit flows, partial leaching of the bed owing to the increase in the flow velocity in the still open channels and thus overall inadequate cleaning occurs.
Ih einem solchen Pail ist also eine energie- und apparateintensive Pest-Plüssig-Trennung bei anschließender alleiniger "Verarbeitung der flüssigen Phase erforderlich.Ih such a Pail so an energy and apparatus-intensive Pest-Plüssig separation with subsequent sole "processing of the liquid phase is required.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung ist die Erreichung einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute bei der anaeroben Fermentation von hochbelasteten Abwässern mit Peststoffbeladung unter Gewinnung von geklärtem Abwasser, Biogas und Humusdünger.The aim of the invention is to achieve a high space-time yield in the anaerobic fermentation of highly contaminated wastewater with Peststoffbeladung to obtain clarified wastewater, biogas and humus fertilizer.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
- Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Behandlung von Abwasser mit stückigen, faserigen oder krümeligen anorganischen und mikrobiell nur schwer abbaubaren Stoffen (insbesondere von Güllen) in einer Apparatur ohne vorherige Pest-Plüssig-Trennung unter Erzielung hoher Raum-Zeit-Ausbeuten in der Gasproduktion, bei der Humusdüngergewinnung und bei der Klärung der Abwässer·- The object of the invention is in the treatment of waste water with lumpy, fibrous or crumbly inorganic and microbially difficult to decompose materials (especially gullies) in an apparatus without prior plague-plush separation to achieve high space-time yields in gas production , in the humus fertilizer production and in the treatment of sewage ·
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Rührkesselreaktor und ein Pfropfenströmungsreaktor räumlich so miteinander gekoppelt werden, daß der Rührkesselreaktor vorwiegend der hydrolytischen Stufe der Säurephase vorbehalten bleibt und die endgültige Aufarbeitung der verflüssigten Produkte im Strömungsreaktor erfolgt. Die organischen Abwasser, deren pH-Wert üblicherweise schwach alkalisch ist, gelangen zunächst in den Apparateteil, der nach dem Rührkesselprinzip arbeitet.- According to the invention the object is achieved in that a stirred tank reactor and a plug flow reactor are spatially coupled together so that the stirred tank reactor is mainly reserved for the hydrolytic stage of the acid phase and takes place the final processing of the liquefied products in the flow reactor. The organic wastewater, whose pH is usually weakly alkaline, first pass into the apparatus part, which operates on the stirred tank principle.
Das hier vorherrschende saure pH-Milieu bricht zunächst einmal die kolloidale Struktur des Abwassers; die Mikroorganismen ballen sich unter dem Einfluß des sauren pH-Milieus zusammen, bilden Flocken und setzen sich gemeinsam mit anorganischen und gröberen organischen Partikeln am Boden des Reaktors als Schlamm ab. Die nun vom Peststoff getrennte klare Phase des Abwassers fließt in den Strömungsreaktorteil der Apparatur und wird dort in bekannter Weise bei hoher Baum-Zeit-Ausbeute zu Biogas und geklärtem Abwasser weiterbehandelt. Der am Boden des Rührkesselteils befindliche Schlamm erreicht eine hohe Feststoff-Konzentration und kann ebenfalls mit hoher Raum-Zeit-Ausbeute behandelt werden· Durch Rückführung aktiver Biomasse innerhalb der Säurephase und eine entsprechend dem Einsatzsubstrat und dem gewünschten Abbaugrad vorgenommene Durchmischung des Raumes wird der Schlamm der Hydrolyse so lange ausgesetzt, bis sich im Schlammsammelraum ausschließlich anorganische Bestandteile und mikrobiell schwer abbaubare Substanzen (Dauerhumus) befinden·The here prevailing acidic pH environment first breaks the colloidal structure of the wastewater; The microorganisms aggregate under the influence of the acidic pH environment, form flakes and settle together with inorganic and coarser organic particles at the bottom of the reactor as sludge. The now separate from the plague clear phase of the waste water flows into the flow reactor part of the apparatus and is further treated there in a known manner with high tree-time yield to biogas and treated wastewater. The sludge present at the bottom of the stirred tank part reaches a high solids concentration and can also be treated with high space-time yield. By recycling active biomass within the acid phase and mixing the space according to the feed substrate and the desired degree of degradation, the sludge becomes Exposed to hydrolysis until the sludge collection room contains only inorganic components and substances that are difficult to break down (permanent humus) ·
Enthält das Einsatzsubstrat faserige Bestandteile, so besteht im Rührkesselteil die Möglichkeit der verstärkten Schwimmdeckenbildung· Aus diesem Grunde und um eine gute Vermischung mit aktivierter, rückgeführter Biomasse zu erreichen, ist eine schonende Umwälzung in an sich bekannter Weise im Rührkesselteil unumgänglich· Sie darf weder den Austrag und das Absetzen von Schlamm (anorganische und mikrobiell schwer abbaubare Bestandteile), noch den Austrag der verbliebenen schwimmfähigen, faserigen Bestandteile verhindern.If the feed substrate contains fibrous constituents, there is the possibility in the stirred tank part of intensified floating cover formation. For this reason, and in order to achieve a good mixing with activated, recycled biomass, a gentle circulation in a known manner in the stirred tank part is unavoidable and the settling of sludge (inorganic and microbially difficult to digest constituents), nor prevent the discharge of the remaining buoyant, fibrous constituents.
Vorzugsweise kann als Umwälzeinrichtung eine Mammutpumpe eingesetzt werden, da hierbei durch Zuführung von Einsatzsubstrat in oder unterhalb des Leitrohres und der bei der Einspeisung hervorgerufenen pH-Wertänderung von basisch zu sauer ein Entgasungsvorgang einsetzt, der in der Mammutpumpe den Fördervorgang hervorruft bzw. unterstützt.Preferably, a mammoth pump can be used as the circulation device, since a degassing process which causes or promotes the conveying process in the mammoth pump by feeding the feed substrate into or below the guide tube and the change in pH caused during the feed from basic to acid.
Als Ergebnis wird aus dem Rührreaktorteil ein gut entwässerbarer Humusdünger mit bereits hohem Trockensubstanzanteil (aus Schlamm und Schwimmschicht) gewonnen. Die gebildeten wasserlöslichen Fettsäuren werden mit der Klarphase in den Strömungsreaktorteil transportiert und dort verarbeitet. Als Ergebnis wird ein weitgehend geklärtes Abwasser gewonnen. Je nach Einsatzsubstrat und gewünschtem Abbaugrad sind die beiden Reaktorvolumina aufeinander abzustimmen. Hat das Einsatzsubstrat eine zu hohe Feststoffkonzentration, kann es durch Rückführung von geklärtem Abwasser verdünnt werden (interner Wasserkreislauf). Bei schwer abbaubarem Einsatzsubstrat und damit sehr hohem pH-Wert in der Säurephase sollte durch Zugabe von Abwässern mit geringem pH-Wert (z. B. von Silosickersaft) eine pH-Wertregulierung vorgenommen werden. Bei aktiver Biomassenrückführung lassen sich in der Apparatur durch Schaffung großer innerer Oberflächen bei minimalem Energieaufwand insgesamt höhere Raum-Zeit-Ausbeuten als bei reinem Rührkesselverfahren erzielen. Die beteiligten Mkroorganismengruppen werden bei den für sie optimalen Lebensbedingungen gehalten und eine zusätzliche energie- und apparateintensive Vorbereitung der Abwässer, z. B. durch Fest-Flussig-Trennung, entfällt ebenso wie ein zusätzlicher Apparate- und Energieaufwand für den Transport zwischen den Phasen.As a result, a well dehydrated humus fertilizer with already high dry matter content (from mud and floating layer) is obtained from the Rührreaktorteil. The water-soluble fatty acids formed are transported to the clear phase in the flow reactor part and processed there. As a result, a largely clarified wastewater is recovered. Depending on the feed substrate and the desired degree of degradation, the two reactor volumes must be matched. If the feed substrate has too high a solids concentration, it can be diluted by recycling clarified waste water (internal water cycle). In the case of difficultly degradable feed substrate and thus very high pH value in the acid phase, a pH value regulation should be carried out by adding wastewater with a low pH (for example from silosickersaft). With active biomass recirculation can be achieved in the apparatus by creating large internal surfaces with minimal energy consumption overall higher space-time yields than in a pure stirred tank process. The Mkroorganismengruppen involved are kept at their optimal living conditions and an additional energy and equipment intensive preparation of wastewater, eg. As by solid-liquid separation, as well as an additional equipment and energy costs for the transport between the phases.
Durch die konzentrische Anordnung der Behältnisse für die einzelnen Phasen der Fermentation ist eine hohe Energieökonomie gewährleistet.The concentric arrangement of the containers for the individual phases of the fermentation ensures a high energy economy.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert·The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment.
Die Apparatur besteht aus einem Rührreaktorteil (1) und aus einem Pfropfenströnrungsreaktorteil (2). Das Einsatzsubstrat (9) gelangt unterhalb des Leitrohres (3) einer Mammutpumpe in den Rührreaktorteil (1). Durch die Entgasung infolge pH-Werterniedrigung bzw. durch zusätzliche Biogaseiiispeisung (13) bewirkt die Mammutpumpe eine schonende Umwälzung dieses Reaktorteiles. Die sich eventuell bildende Schwimmdecke τ/ird ausgetragen (11), die sich absetzenden Schlammpartikel am Boden abgezogen (6). Das so von Sink- und Schwimmstoffen befreite, hydrolytisch aufgeschlossene Einsatzsubstrat fließt anschließend in den Pfropfenströmungsreaktorteil (2) der Apparatur ab. Der auf der Kontaktfläche (4) angesiedelte Mikroorganismenrasen zerkleinert die verflüssigten Produkte in kurzkettige organische Säuren bzw. Stoffe mit SäureCharakter, so daß nach Durchfließen der Kontaktfläche (4) die saure Phase abgeschlossen ist. Im Bedarfsfall kann nun eine Biomassenrückführung (12) zur Unterstützung der Hydrolyse im Rührreaktorteil (1) erfolgen bzw. es können weitere Abwasser mit niedrigem pH-Wert (8) gegeben werden.The apparatus consists of a Rührreaktorteil (1) and a Pfropfenströnrungsreaktorteil (2). The insert substrate (9) passes below the guide tube (3) of a mammoth pump in the Rührreaktorteil (1). By degassing due to pH reduction or by additional Biogaseiiispeisung (13), the mammoth pump causes a gentle circulation of this reactor part. The possibly forming floating cover τ / ird discharged (11), deducted the settling mud particles on the ground (6). The hydrolytically digested feed substrate so freed from sinking and floating substances then flows into the plug flow reactor part (2) of the apparatus. The microorganism lawn located on the contact surface (4) comminutes the liquefied products into short-chain organic acids or substances having an acid character, so that after passing through the contact surface (4), the acidic phase is complete. If necessary, a biomass recirculation (12) to support the hydrolysis in Rührreaktorteil (1) can now be carried out or it can be given more waste water with a low pH (8).
Die Kontaktfläche (5) ist mit den methanerzeugenden Bakterien besiedelt. Hier werden die gelösten kurz— kettigen Säuren bzw. Stoffe mit Säurecharakter zuThe contact surface (5) is populated with the methane-producing bacteria. Here, the dissolved short-chain acids or substances with an acid character are added
Methan reduziert, so daß nach Passieren der Kontaktflache (5) weitgehend geklärtes Abwasser (7) und Biogas (10) vorliegen· Das geklärte Abwasser kann gegebenenfalls zur Verdünnung des Einsatzsubstrates verwendet werden.Reduced methane, so that after passing through the contact surface (5) largely clarified wastewater (7) and biogas (10) are present · The clarified wastewater can optionally be used for dilution of the feed substrate.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DD24451282A DD211544A1 (en) | 1982-11-03 | 1982-11-03 | METHOD AND DEVICE FOR WASTEWATER TREATMENT |
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DD24451282A DD211544A1 (en) | 1982-11-03 | 1982-11-03 | METHOD AND DEVICE FOR WASTEWATER TREATMENT |
Publications (1)
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DD211544A1 true DD211544A1 (en) | 1984-07-18 |
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ID=5542156
Family Applications (1)
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DD24451282A DD211544A1 (en) | 1982-11-03 | 1982-11-03 | METHOD AND DEVICE FOR WASTEWATER TREATMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
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DD (1) | DD211544A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3641542A1 (en) * | 1986-12-05 | 1988-06-16 | Fritz Oltmanns | Process and plant for treating organic residues, in particular for waste disposal and waste water purification, producing biogas |
DE3843789A1 (en) * | 1987-12-24 | 1989-07-13 | Langer Bsa Maschf | Process and apparatus for treating organic waste products made of solids and liquids, in particular slurry (liquid manure) |
-
1982
- 1982-11-03 DD DD24451282A patent/DD211544A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3641542A1 (en) * | 1986-12-05 | 1988-06-16 | Fritz Oltmanns | Process and plant for treating organic residues, in particular for waste disposal and waste water purification, producing biogas |
DE3843789A1 (en) * | 1987-12-24 | 1989-07-13 | Langer Bsa Maschf | Process and apparatus for treating organic waste products made of solids and liquids, in particular slurry (liquid manure) |
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