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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von organischen Rückständen aus anaeroben Prozessen, bei dem die organischen Rückstände durch Verdampfen eingedickt werden, wodurch neben dem eingedickten organischen Rückstand ein ammoniakhaltiges Kondensat entsteht.
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Organische Rückstände aus anaeroben Prozessen treten bei diversen Vorgängen auf, insbesondere bei manchen Abfallverwertungsprozessen und bei der Gewinnung von sogenanntem Biogas. Nach der Vergärung verbleiben Reststoffe, die je nach Art des Prozesses Feststoffcharakter haben oder fließfähig sind. Der Trockensubstanzgehalt hängt selbstverständlich stark vom eingesetzten Material ab. Diese organischen Reststoffe aus anaeroben Prozessen müssen entsorgt oder weiterbehandelt werden. Die bis jetzt am häufigsten genutzte Art der Entsorgung ist das Ausbringen auf landwirtschaftliche Flächen. Auf Grund diverser Vorschriften und der zunehmenden Anzahl solcher Anlagen, wird dies jedoch schwieriger, so dass es verschiedene Ansätze zur Weiterbehandlung und Entsorgung der genannten organischen Rückstände gibt.
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Zum einen wurde versucht, das Volumen der organischen Rückstände aus anaeroben Prozessen zu reduzieren, indem Wasser aus den Restsubstraten verdunstet wird. Die
DE 10 2007 018 958 A1 ist ein Beispiel für eine solche Weiterbearbeitung. Es wird dadurch jedoch nur die Menge, sprich Gewicht und Volumen der anfallenden Rückstände, reduziert. Auch die
WO 2008/080394 A2 beschreibt ein entsprechendes Verfahren zur Aufbereitung organischer Reststoffe aus Biogas-Anlagen. Die anfallenden Gärreste werden zunächst mechanisch eingedickt, beispielsweise mit einer Presse. Der Feststoffanteil wird anschließend getrocknet und als organischer Dünger genutzt. Der nach dem Pressen verbleibende flüssige Anteil wird eingedampft. Das dabei entstehende Kondensat wird zum Ansetzen des Fermentationsprozesses verwendet und die Rückstände werden als organischer Dünger verwendet. Die
DE 41 14 667 A1 offenbart wiederum eine Trennung von Flüssiganteil und Feststoffen der organischen Rückstände, in diesem Fall durch Zentrifugation. Die Flüssigsubstanz wird verdampft und kondensiert.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik ist umfassend bearbeitet die Behandlung der Feststoffe der organischen Rückstände aus anaeroben Prozessen. Durch das Eindicken und Trocknen entsteht ein lagerfähiger Wirtschaftsdünger, der gegebenenfalls auch in den Handel gebracht werden kann. Problematisch ist jedoch der Flüssiganteil, im Folgenden als Kondensat bezeichnet. Nach dem Verdampfungsvorgang liegt keinesfalls reines Wasser vor, sondern durch das Verdampfen gelangt beispielsweise auch Ammoniak in das Kondensat. Damit ist es nicht möglich, das Kondensat in natürliche Wasserkreisläufe zu führen. Aus diesem Grund wird es häufig in derselben Anlage, beispielsweise derselben Biogasanlage, zum Ansetzen wiederverwendet. Bei der Vergärung von Reststoffen mit hohem Trockensubstanzgehalt, beispielsweise Speisereste, Pflanzenreste, Klärschlamm etc., ist die Zugabe von Wasser zum Ansatz sowieso nötig, so Kondensat zum Ansetzen verwendet wird. Allerdings fällt auch hier häufig mehr Gärrest und damit mehr Kondensat an als eingesetzt werden kann. Der Überschuss muss folglich entsorgt werden. Besonders viel Gärrest und folglich zu entsorgende Flüssigkeit, nach Verdampfen Kondensat, fallen in Anlagen an, in welchen Reststoffe mit hohem Flüssiganteil verwendet werden, beispielsweise bei Biogasanlagen, die überwiegend auf Gülle basieren.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das beim Eindickvorgang von organischen Rückständen aus anaeroben Prozessen entstehende Kondensat so zu behandeln, dass es nicht entsorgt werden muss, sondern ein ableitfähiges Abwasser entsteht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsbeschreibung
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das nach Verdampfen der organischen Rückstände aus anaeroben Prozessen erzeugte Kondensat einer Nachbehandlung unterzogen, indem der in dem Kondensat enthaltene Ammoniak ausgestrippt wird. Das nach dem Strippvorgang vorliegende wässrige Produkt ist ableitfähig und ammoniakarm. Mit anderen Worten, durch das Entfernen des Ammoniaks aus dem Kondensat entsteht ein Abwasser, das beispielsweise direkt in natürliche Gewässer wie Flüsse, Bäche oder Seen, eingeleitet werden kann, oder das in die Kanalisation eingeleitet werden kann.
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Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, dass die zu entsorgende Flüssigkeitsmenge stark reduziert wird. Genauer, der große Teil der resultierenden Flüssigkeit ist ammoniakarmes Wasser, das ableitfähig ist. Im bevorzugten Fall wird es unmittelbar in natürliche Gewässer eingeleitet. Der eingedickte organische Rückstand kann als Dünger verwendet werden, indem er zum Beispiel getrocknet wird, so dass er schütt-rieselfähig oder brikettierbar ist. Der ausgestrippte Ammoniak wird bevorzugt rückgewonnen, insbesondere gebunden. Das Binden des Ammoniaks erfolgt bevorzugt in einem sauren Wäscher, beispielsweise mit Schwefelsäure oder Phosphorsäure, so dass Ammoniumsulfatdünger beziehungsweise Ammoniumphosphatdünger entsteht.
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In der besonders bevorzugten Ausführung stehen am Ende des Prozesses drei Stoffströme:
- 1. Konzentrat des organischen Rückstands, beispielsweise Gärrestkonzentrat;
- 2. Abschlag, d. h. ammoniakarmes Abwasser;
- 3. Flüssigdünger, beispielsweise Ammoniumsulfatdünger oder Ammoniumphosphatdünger.
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Durch das bevorzugte Verfahren hat beispielsweise der Biogasbetreiber noch den besonderen Nutzen, dass er für den entstandenen Wirtschaftsdünger staatliche Zuschüsse erhält. Insgesamt wird dadurch die Rentabilität der Biogasanlage verbessert. Außerdem fallen keine Entsorgungskosten für das Abwasser an, da der entstehende Abschlag so ammoniakarm ist, dass er in Gewässer eingeleitet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung entstammen die Rückstände aus anaeroben Prozessen aus Fermentationsprozessen und weisen einen Trockensubstanzgehalt von 0,5–15 Gew.-% auf.
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In einer bevorzugten Ausführung erfolgt das Ausstrippen des Ammoniaks zweistufig, d. h. es sind zwei Stripperkolonnen vorgesehen. Auf diese Art und Weise lässt sich der typischerweise im Kondensat vorhandene Ammoniakgehalt von 1500 bis 3000 mg/l auf ungefähr 1 bis 2 mg/l Ammoniak reduzieren.
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Dieses Grundprinzip des Ausstrippens des Ammoniaks aus dem ammoniakhaltigen Kondensat, so dass ableitfähiges, ammoniakarmes Abwasser entsteht, kann durch verschiedene Verfahrensschritte ergänzt werden. Im Folgenden sollen beispielhaft drei Verfahrensabläufe angeführt werden, wie der Strippvorgang in einen vollständigen Verfahrensablauf eingebettet werden kann. Als Eingangsstoff dienen jeweils organische Rückstände aus anaeroben Prozessen. Als Beispiel seien Gärreste aus Biogasanlagen angeführt.
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1. Beispiel:
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Verfahren mit saurer Vorbehandlung
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- a. Vorbehandlung der Rückstände:
Ansäuern – insbesondere mit Phosphorsäure oder Schwefelsäure
- b. Verdampfen der Rückstände
- c. Austragen der eingedickten Rückstände und Austragen des sauberen, neutralen, ammoniumarmen Kondensates
- d. Nachbehandlung des Kondensates:
i. Anheben des pH-Wertes auf pH 11 bis 12, insbesondere mit Natronlauge
ii. Anheben der Temperatur auf mindestens 60°C
iii. Ammoniakstrippung
iv. Neutralisieren, insbesondere mit Salzsäure, und Absenkung der Temperatur
- e. Waschen der ammoniakhaltigen Abluft aus dem Strippvorgang:
Binden des Ammoniaks insbesondere durch Phosphorsäure oder Schwefelsäure
- f. Austragen des gebundenen Ammoniaks, insbesondere von als Dünger verwertbarem Ammoniumphosphat bzw. Ammoniumsulfat
- g. Austragen des Abschlags
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2. Beispiel:
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Verfahren mit basischer Vorbehandlung
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- a. Vorbehandlung der Rückstände:
Alkalisieren – insbesondere mit Kalkhydrat
- b. Verdampfen der Rückstände
- c. Austragen der eingedickten Rückstände und Austragen des sauberen, alkalischen, karbonatfreien, ammoniumhaltigen Kondensates
- d. Nachbehandlung des Kondensates:
i. Anheben der Temperatur auf mindestens 60°C
ii. Ammoniakstrippung
- e. Waschen der ammoniakhaltigen Abluft aus dem Strippvorgang:
Binden des Ammoniaks insbesondere durch Phosphorsäure oder Schwefelsäure
- f. Austragen des gebundenen Ammoniaks, insbesondere von als Dünger verwertbarem Ammoniumphosphat bzw. Ammoniumsulfat
- g. Austragen des Abschlags
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3. Beispiel:
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Verfahren ohne Vorbehandlung
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- a. Vorbehandlung der Rückstände: entfällt
- b. Verdampfen der Rückstände
- c. Austragen der eingedickten Rückstände und Austragen des sauberen, alkalischen, karbonat- und ammoniumhaltigen Kondensates
- d. Nachbehandlung des Kondensates:
i. Anheben des pH-Wertes auf pH 11 bis 12, insbesondere mit Kalkhydrat
ii. Ausfällen des Karbonats
iii. Abtrennen des Filtrats und des gefällten Karbonats
iv. Anheben der Temperatur auf mindestens 60°C
v. Ammoniakstrippung
vi. Neutralisation, insbesondere mit Salzsäure und Absenkung der Temperatur
- e. Waschen der ammoniakhaltigen Abluft aus dem Strippvorgang:
Binden des Ammoniaks insbesondere durch Phosphorsäure oder Schwefelsäure
- f. Austragen des gebundenen Ammoniaks, insbesondere von als Dünger verwertbarem Ammoniumphosphat bzw. Ammoniumsulfat
- g. Austragen des Abschlags
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Figurenkurzbeschreibung
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Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügte Figur näher erläutert und beschrieben. Es zeigt:
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1 – ein Fließschema des Nachbehandlungsvorgangs in einer bevorzugten Ausführung
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Figurenbeschreibung
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In 1 dargestellt ist das Fließschema einer Anlage 1 zur organischen Reststoffbehandlung. Diese setzt eine Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens um. Das Bezugszeichen 2 gibt den Kondensateingang an. Wie oben erwähnt, handelt es sich hierbei um von einem Verdampfer (nicht dargestellt) stammendes Kondensat. Im Verdampfer wurde der organische Rückstand aus anaeroben Prozessen, beispielsweise der Gärrest, eingedickt. Das Kondensat wird in der Anlage 1 einer Nachbehandlung unterzogen. Der Strom des Kondensats durch die Anlage 1 ist aus mit dem Buchstaben K bezeichneten Pfeilen ersichtlich.
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Zunächst wird das Kondensat einem Kondensatbehälter 3 zugeführt. Aus einem Laugebehälter 4 wird Lauge, beispielsweise Natronlauge, dem Kondensatbehälter 3 zugeführt (bezeichnet durch den Pfeil L). Der pH-Wert des Kondensats wird auf diese Weise auf ca. pH 12 angehoben. Entweder erfolgt bereits im Kondensatbehälter 3 ein Erwärmen des Kondensats auf eine Temperatur von mindestens 60°C oder aber es wird das mit Lauge angereicherte Kondensat über einen ersten Wärmetauscher 5 geführt. Anschließend gelangt das Kondensat in die erste Stripperkolonne 6. In Versuchen ergaben sich typische Ammoniakwerte des Kondensats von ungefähr 3000 mg/l. Der Kondensateinlass in die erste Stripperkolonne 6 ist mit dem Bezugszeichen 7 bezeichnet. Ferner wird der ersten Stripperkolonne 6 Luft zugeführt, über den mit dem Bezugszeichen 8 bezeichneten Lufteinlass. Im Stripper wird der Ammoniak aus der Flüssigkeit, d. h. dem Kondensat, in die Luft überführt. Die Luft verlässt deshalb die erste Stripperkolonne 6 über den mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Luftauslass ammoniakbeladen. Versuche zeigten bei einer Einlasskonzentration des Kondensats von 3000 mg/l, dass das ammoniakbeladene Gas, d. h. die ammoniakbeladene Luft, die erste Stripperkolonne 6 mit einer Ammoniakkonzentration von ungefähr 2500 mg/m3 verlässt. Das entreicherte Kondensat verlässt die erste Stripperkolonne 6 über den Kondensatauslass, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 9. Der Gasstrom, angegeben mit dem Pfeil G, wird dem Wäscher 11 zugeführt. Im Wäscher 11 wird eine wässrige Vorlage mit einem pH-Wert von ungefähr 2, insbesondere wässrige Schwefelsaure oder wässrige Phosphorsäure, im Kreis durch den Wäscher 11 hindurchgeführt (angegeben durch den Pfeil W), um aus der ammoniakhaltigen Luft den Ammoniak zu eliminieren. Der Ammoniak wird dabei als Ammoniumsalz gebunden, beispielsweise als Ammoniumsulfatsalz im Falle einer Bindung an wässrige Schwefelsäure oder als Ammoniumphosphatsalz im Falle einer Bindung an wässrige Phosphorsäure. Diese wässrige Vorlage wird solange im Kreis geführt und nimmt entsprechend solange Ammoniak aus der Luft auf, bis eine gewisse Dichte der Vorlage erreicht ist. Bevor das Ammoniumsalz ausfällt, wird die gesamte wässrige Vorlage oder ein Teil der wässrigen Vorlage als Konzentrat in den Konzentratbehälter 13 abgeleitet (bezeichnet mit dem Pfeil C). Der Behälter mit wässriger Säure 12 wird daraufhin erneut mit wässriger Säure befüllt bzw. nachgefüllt und wiederum im Kreis durch den Wäscher 11 geführt.
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Das durch die erste Stripperkolonne 6 hindurchgeführte Kondensat wird in der Ausführung der 1 einer zweiten Stripperkolonne 14 zugeführt und ihm wird erneut mit Luft der Ammoniak entzogen. In Versuchen zeigt sich, dass nach Verlassen der ersten Stripperkolonne 6 das Kondensat typischerweise noch Restammoniakkonzentrationen von ungefähr 50 mg/l aufweist. Zur weiteren Reduktion des Ammoniakgehalts erfolgt deshalb ein Strippen in der zweiten Stripperkolonne 14. Auch dieser zweiten Stripperkolonne 14 wird Gas, beispielsweise Luft, zugeführt und so der Ammoniak aus dem Kondensat in die Luft überführt. Typischerweise weist das Kondensat nach Durchlaufen der zweiten Stripperkolonne 14 höchstens einen Ammoniakgehalt von 1–2 mg/l auf. In der dargestellten Ausführung werden erste Stripperkolonne 6 und zweite Stripperkolonne 14 mit derselben Luft, d. h. mit aus dem Wäscher 11 stammender Luft, als Umluft bezeichnet, betrieben. Typischerweise wird jedoch die Luft nicht vollständig im Wäscher 11 von Ammoniak entreichert, sondern es verbleibt ein minimaler Restammoniakgehalt in der Umluft. Aus diesem Grund ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung, welche jedoch nicht bildlich dargestellt ist, vorgesehen, dass die zweite Stripperkolonne 14 mit Frischluft und entsprechend mit einem Gehalt von ca. 0 mg/m3 Ammoniak betrieben wird. Auf diese Art und Weise ist die Differenz zwischen dem Ammoniakgehalt des Kondensats und dem Ammoniakgehalt der Luft größer, was den Strippvorgang begünstigt.
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Wie bereits oben erwähnt, verlässt das Kondensat die zweite Stripperkolonne 14 als ammoniakarme Lösung. Der pH-Wert liegt immer noch bei ca. 12 und die Temperatur ist immer noch vergleichsweise hoch, bei ca. 55–60°C. Zur pH-Wert-Reduzierung wird aus einem Säurebehälter 15 soviel Säure zudosiert (Pfeil S), dass der pH-Wert des die Anlage 1 verlassenden Abschlags 18 bei pH 7, d. h. im neutralen Bereich liegt. Als geeignete Säure erwies sich beispielsweise Salzsäure. Die Säure kann beispielsweise dem Kondensat in einem Kondensatzwischenbehälter 16 zudosiert werden. Anschließend wird das Kondensat abgekühlt, bevorzugt über einen zweiten Wärmetauscher 17, so dass der Abschlag 18 eine Temperatur von ca. 20–25°C hat, einen pH-Wert von ca. 7 und einen Ammoniakgehalt von maximal 1–2 mg/l Ammoniak.
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Falls zu Beginn des Verfahrens Kalkhydrat zum Anheben des pH-Werts des Kondensats im Kondensatbehälter 3 auf pH 12 verwendet worden ist, so wird Calciumcarbonat als Schlamm beziehungsweise Kalkaustrag aus dem Behälter 3 abgeführt, bezeichnet durch das Bezugszeichen 19.
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Ersichtlich ist, dass in der Anlage zur organischen Reststoffbehandlung 1 zumindest zwei Produkte entstehen. Es handelt sich dabei zum einen um ammoniakarmen Abschlag 18 und zum anderen um ein ammoniakreiches Konzentrat, wobei der Ammoniak in Form von Ammonium vorliegt.
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Wie bereits anhand der Figurenbeschreibung erläutert, sind selbstverständlich auch Varianten der Anlage vorgesehen. Bereits mit einer einzigen Stripperkolonne wird eine drastische Reduktion des Ammoniakgehalts im Kondensat erzielt. Für manche Anwendungen mag ein Ammoniakrestgehalt im Kondensat von ungefähr 50 mg/l durchaus ausreichen. Wie bereits oben erwähnt, können die erste Stripperkolonne 6 und die zweite Stripperkolonne 14 insofern unabhängig voneinander betrieben werden, als auch zwei gesonderte Wäscher 11 vorhanden sein können. Die erste Stripperkolonne 6 wird dabei bevorzugt mit Umluft betrieben, d. h. mit der im Wäscher 11 gereinigten Luft, die jedoch noch in der Regel geringe Ammoniakrestkonzentrationen enthält. Die zweite Stripperkolonne 14 wird bevorzugt mit Frischluft betrieben. In diesem Fall wird die in dem gesonderten Wäscher vom Ammoniak befreite Luft typischerweise als Abluft an die Umgebung abgegeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage zur organischen Reststoffbehandlung
- 2
- Kondensateingang
- 3
- Kondensatbehälter
- 4
- Laugebehälter
- 5
- erster Wärmetauscher
- 6
- erste Stripperkolonne
- 7
- Kondensat ein
- 8
- Luft ein
- 9
- Kondensat aus
- 10
- Luft aus
- 11
- Wäscher
- 12
- Behälter mit wässriger Säure
- 13
- Konzentratbehälter
- 14
- zweite Stripperkolonne
- 15
- Säurebehälter
- 16
- Kondensatzwischenbehälter
- 17
- zweiter Wärmetauscher
- 18
- Abschlag
- 19
- Schlammaustrag bzw. Kalkaustrag
- K
- Pfeil, der den Strom des Kondensats angibt
- G
- Pfeil, der den Strom von Gas angibt
- W
- Pfeil, der den Strom wässriger Säure angibt
- S
- Pfeil, der den Strom von Säure angibt
- L
- Pfeil, der den Strom von Lauge angibt
- C
- Pfeil, der den Strom von Konzentrat angibt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007018958 A1 [0003]
- WO 2008/080394 A2 [0003]
- DE 4114667 A1 [0003]
