DE2634846B2 - Verfahren zur automatischen Kontrolle von unterschiedlich belasteten Abwässern vor oder in Kläranlagen - Google Patents
Verfahren zur automatischen Kontrolle von unterschiedlich belasteten Abwässern vor oder in KläranlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Substanzen im Abwasser, die den biologischen
Abbau in einer Kläranlage hemmen, bei dem die Sauerstoffaufzehrung eines aus der Kläranlage stammenden
Belebtschlammes einerseits mit einer Standardnährlösung und andererseits mit dem zu überprüfenden
Abwasser gemessen wird.
Die durch einen hemmenden oder toxischen »Abwasserstoß« in der Kläranlage hervorgerufene Störung
führt im allgemeinen zu einer Minderung der Klärleistung, kann aber auch, bei länger anhaltenden toxischen
»Abwasserstößen«, zu einem völligen Ausfall der Kläranlage fuhren. Die Biomasse, die für die biologischen
Abbauvorgänge verantwortlich ist, kann dabei so geschädigt werden, daß die Kläranlage für mehrere
Tage oder Wochen mit stark verminderter Klärleistung arbeitet In extremen Fällen, bei denen die Schädigungen
sehr groß sind, bedeutet es sogar, daß die Kläranlage neu angefahren werden muß.
Eine Früherkennung solcher toxischen Abwasserstöße ist deswegen für den Betreiber einer Kläranlage von
großer Wichtigkeit Voraussetzung hierfür sind automatische Warngeräte, sogenannte Respirometer, die
zuverlässig hemmende bzw. toxische Abwasser registrieren und melden. Die toxischen Abwässer können
bei frühzeitiger Erkennung, z. B. in dafür vorgesehene Tanks abgespeichert und geeignete Maßnahmen zur
schadlosen Beseitigung ergriffen werden.
Das allgemeine Prinzip und die Bedeutung der Respirationsmessung im Abwasser von Kläranlagen ist
zum Beispiel in Veröffentlichungen wie »Vom Wasser« > Bd. 34, S. 261—280 (1968) oder den »Dechema
Monographien«, Bd. 64 (1970) ausführlich beschrieben.
Eine Zusammenstellung der verschiedenen Verfahren zur Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfes
Fmdet sich in der Zeitschrift »Wasserwirtschaft« 55
i<> (196S) Heft 7, Seiten 224 und 225. Auf der Basis der hier
angeführten Vergleichsmessungen ist eine Erkennung von toxischen Abwasserinhaltsstoffen innerhalb einer
relativ kurzen Meßzeit nicht möglich. Außerdem kann anhand der Messungen keine Aussage gemacht werden,
ir> ob es sich um ein Abwasser handelt das auf den
biologischen Abbau hemmend oder ob sich lediglich der Gehalt an biologisch abbaufähigen Stoffen im Abwasser
geändert hat Sämtliche beschriebenen Respirationsmessungen beruhen auf dem gleichen Prinzip, nämlich
-'» der Messung der Atmungsaktivität (Sauerstoffverbrauch)
pro Zeiteinheit von Belebtschlamm unter Einwirkung des zu prüfenden Abwassers, wobei der
Sauerstoff, welches beim biologischen Abbauvorgang benötigt wird, in gelöster Form zur Verfügung stehen
-""> muß. Es sind sowohl Meßverfahren bekannt bei denen
der Sauerstoffverbrauch durch die Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Gas (Luft) gemessen wird
als auch Methoden, bei denen der Sauerstoffverbrauch direkt in der Flüssigkeit durch die Abnahme des
«> gelösten Sauerstoffs im Belebtschlamm-Abwassergemisch
gemessen wird.
Unter diesen bekannten Meßgeräten ist das sogenannte »Kreislaufbelüftungsgerät«, welches ausführlich
in der Fachzeitschrift »Vom Wasser« Bd. 34 (1968)
'*' beschrieben ist als eines der einfachsten und betriebssichersten
anzusehen. Bei diesem Respirationsmeßgerät wird der für die biologischen Abbauvorgänge notwendige
Sauerstoff durch eine volumenmäßig definierte Luftmenge, die im Kreislauf als sogenanntes Kreisgas
1(1 durch das Belebtschlamm-Abwassergemisch gepumpt
wird, eingebracht Der Belebtschlamm verbraucht für die biologischen Abbauvorgänge Sauerstoff, wobei der
Sauerstoffkonzentrationsabfall im Kreisgas (Luft) ein Maß für die Schlammaktivität unter dem Einfluß des zu
<Γ) prüfenden Abwassers ist Die Voraussetzungen sind, daß
man bei jeder Messung von einer volumenmäßig definierten Menge des zu prüfenden Abwassers, einem
iiusreichenden Angebot an gelöstem Sauerstoff und einer konstanten Meßzeit ausgeht Der entscheidende
w Parameter für die Respirationsmessung ist der Sauerstoffverbrauch
pro Zeiteinheit. Der Sauerstoffverbrauch ist im wesentlichen von zwei Faktoren abhängig,
welche die Inhaltsstoffe des Abwassers betreffen:
Vt 1. Der Konzentration an biologisch abbaubarem
Material. Je höher bzw. je niedriger die Konzentration an biologisch abbaubarem Material ist, um so
höher bzw. niedriger ist der Sauerstoffverbrauch.
2. Der Konzentration an hemmenden bzw. toxischen
2. Der Konzentration an hemmenden bzw. toxischen
,,„ Stoffen. Je größer die Menge an hemmenden bzw.
toxischen Stoffen ist um so geringer ist die Schlammaktivität und damit der Sauerstoffverbrauch.
Methoden zur Erkennung von toxischen Substanzen ιΛ im Abwasser wurden bereits in der Literatur beschrieben.
In der AT-PS 3 30 687 ist zum Beispiel ein Verfahren angegeben, bei dem Mikroorganismen unter
konstanten Bedingungen kontinuierlich gezüchtet und
mit dem ebenfalls konstant strömenden zu untersuchenden Abwasser unter Einhaltung einer definierten
Verweilzeit vermischt werden. Eine eventuell vorhandene Toxizität des Abwassers kann dann an einer
Wachstumsschädigung bzw. an dem Stoffwechsel der Mikroorganismen erkannt werden. Des weiteren ist
durch die britische Patentschrift 14 26 786 ein Verfahren
bekannt, bei dem die Sauerstoffaufzehrung von einzelligen Organismen, die mit Abwasser inkuLiert
werden und solchen, die überhaupt nicht belastet werden, verglichen wird Bei der Zehrungsmessung wird
außerdem eine anaerobe Stufe eingeschaltet Abgesehen davon, daß diese Methoden relativ kompliziert sind
und die Züchtung von speziellen Mikroorganismen erforderlich machen, ergibt die Messung in beiden
Fällen keine Aussage, ob es sich um ein Abwasser mit einer geringeren Konzentration an biologisch abbaufähigen
Stoffen oder um ein Abwasser handelt, das auf den biologischen Abbau hemmend bzw. auf den Belebtschlamm
toxisch wirkt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf der Basis einer Respirationsmessung eine eindeutige Aussage
darüber zu machen, ob es sich um ein hemmendes bzw. toxisches Abwasser oder lediglich um ein
Abwasser mit geringer Konzentration an biologisch abbaubarem Material handelt, das für die Kläranlage
völlig unbedenklich ist Außerdem sollen aus der Respirationsmessung Rückschlüsse auf den biologischen
Sauerstoffbedarf des Abwassers gezogen werden können.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß in regelmäßigen Zeitabständen die Sauerstoffaufzehrungen
eines ersten Gemisches aus dem Belebtschlamm, einem synthetischen Abwasser als Standardnährlösung und Trinkwasser und eines zweiten
Gemisches, das bezüglich Belebtschlamm und Standardnährlösung die gleiche Zusammensetzung hat wie das
erste Gemisch, bei dem jedoch der Trainkwasseranteil
durch die gleiche Menge des zu überprüfenden Abwassers ersetzt ist, gemessen und die Meßwerte
miteinander verglichen werden.
Ist die Zusammensetzung des Abwassers bekannt, so wird man vorzugsweise ein synthetisches Abwasser
verwenden, das dieselben abbaubaren Komponenten enthält wie sie in dem zu prüfenden Abwasser vorliegen.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Abnahme der
Sauerstoffkonzentration und die nach einer vorwählbaren Analysendauer noch vorhandene Restsauerstoffkonzentration
in einem geschlossenen Reaktorkreislauf nebeneinander registriert werden. Bildet man fortlaufend
die Differenz der Restsauerstoffkonzentrationen von dem ersten und zweiten Gemisch und λ eist diese
Differenz als ein elektrisches Signal aus, so kann das elektrische Signal vorteilhaft für Regelzwecke oder zur
Betätigung einer Alarmanlage benutzt werden, wenn die Differenz der Restsauerstoffkonzentrationen einen
voreingestellten negativen Wert unterschreitet
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine nahezu kontinuierliche Überprüfung des Abwassers im
Hinblick auf die Funktionsfähigkeit einer Kläranlage. Ist die Zusammensetzung des Abwassers im wesentlichen
bekannt, so kann die Abbaut ähigkeit des Belebtschlammes bei dem zu prüfenden Abwasser und der
Standardnährlösung unmittelbar miteinander verglichen werden.
der modifizierten Ausführung mit Registrierung der Restsauerstoffkonzentrationen im geschlossenen Reaktorkreislauf
die Ansprechzeit der Messung so kurz ist daß der Klärwasserzulauf beim Vorhandensein von
-> toxischen Substanzen noch rechtzeitig abgesperrt
werden kann. In jedem Falle läßt das erfindungsgemäße Verfahren im Gegensatz zu den bisher angewandten
Meßverfahren die Aussage zu, ob es sich nur um ein Abwasser mit einer geringeren Konzentration an
ίο biologisch abbaufähigen Stoffen oder um ein Abwasser
handelt, das auf den biologischen Abbau hemmend bzw. auf den Belebtschlamm toxisch wirkt
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert Es
is zeigt
F i g. 1 den schematischen Aufbau und die Schaltfunktionen eines automatischen Respirometers zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig.2 typische Zehningskurven, die verschiedene
Situationen in einer Kläranlage wiederspiegeln.
Es wird zuerst der Sauerstoffverbrauch eines Gemisches aus 100 ml Belebtschlamm, 50 ml syntheti-
r> schem Abwasser, welches biologisch abbaubares Material
enthält und 50 ml Trinkwasser bestimmt Dieser Sauerstoffverbrauch wird als sogenannter Grundsauerstoffverbrauch
oder auch als Grundzehrung bezeichnet, und auf einem Schreiber registriert Der Vorgang wird
in periodisch wiederholt wobei der Zyklus vorgewählt
werden kann. Bei der Abwasser-Analyse werden anstelle der 50 ml Trinkwasser, 50 ml des zu prüfenden
Abwassers eingesetzt und der Sauerstoffverbrauch unter dem Einfluß des zu testenden Abwassers
γ bestimmt Man erhält die sogenannte »Abwasserzehrung«,
welche ebenfalls registriert wird. Enthält das Abwasser keine hemmenden bzw. toxischen Stoffe, muß
bei der Abwasserzehrung der Wert der Grundzehrung mindestens erreicht oder überschritten werden. Wird
ι» ein geringerer Sauerstoffverbrauch registriert als bei der Grundzehrung, enthält das Abwasser den biologischen
Abbau hemmende bzw. auf den Belebtschlamm toxisch wirkende Substanzen. Dadurch ist eine eindeutige
Unterscheidung zwischen einem Abwasser mit
■ι"> geringerer Belastung und einem Abwasser mit hemmenden
bzw. toxischen Substanzen möglich.
Nachfolgend wird die Grundzehrung und die Überprüfung des Abwassers anhand von F i g. 1
beschrieben.
Die sogenannte Grundzehrung steht am Anfang des Programms. Von dem Vorratsgefäß für ein synthetisches
Abwasser 1 und der Kühlwassereinspeisung
V' (Trinkwasser) 2, die außerdem eine konstante Temperatur
des synthetischen Abwassers gewährleistet, wird über die Ventile 3,4 je 50 ml Probe in die Dosiergefäße
5 (synth. Abwasser) und 6 (Trinkwasser) abgemessen. Das synthetische Abwasser sollte möglichst die
w> Hauptkomponenten, welche auch sonst in dem zu prüfenden Abwasser vorhanden sind, enthalten. Es kann
auch ein synthetisches Abwasser verwendet werden, das biologisch leicht abbaubare Substanzen enthält (z. B.
komplexe Nährlösungen: Pepton, Fleischextrakt He-
<-r> feextrakt oder biologisch gut abbaubare organische
Lösungsmittel: Äthanol, Isopropanol, Aceton). Im Vorratsgefäß 7 befindet sich Belebtschlamm, der der zu
überwachenden Anlage entnommen wird. Der Belebt-
schlamm wird bei einer Konzentration von 1 mg/1 gelöstem Sauerstoff erhalten und wird nach ca. 8
Stunden erneuert Aus dem Vorratsgefäß 7 werden 100 ml Belebtschlamm über das Ventil 8 in das
Dosiergefäß 9 eingebracht Nach dem Füllen der Dosiergefäße öffnen sich die Ventile 10, 11, 12 und
lassen die entstehende Mischung in den mit Frischluft beschickten Reaktor 13 einlaufen. Mit Hilfe der
Dosiervorrichtung 14 werden ca. 25 mg Antischaummittel in den Reaktor dosiert Grund dafür ist, eine
eventuelle Schaumentwicklung bei der späteren Begasung auszuschließen. Die 3-Wege-Magnetventile 15,16
sind zu dieser Zeit so geöffnet, daß von der Membranpumpe 17 Frischluft angesaugt und nach dem
Analysator 18 (z. B. Magnos, Firma Hartmann & Braun) ι ausgestoßen wird. Der Analysator dient zur prozentualen
Bestimmung des Sauerstoffs im Gasgemisch. Nach einer Belüftungszeit von ca. 30 see der im Reaktor
befindlichen Mischung bestehend aus: 50 ml synthetischem Abwasser, 50 ml Trinkwasser, 100 ml Belebt- ■<
schlamm und 25 mg Antischaummittel werden die Magnetventile 15, 16 so umgeschaltet, daß ein
geschlossener Gaskreislauf von der Membranpumpe 17 über Reaktor 13, Sicherheitstauchrohr 19, Strömungsmesser
20, Analysator 18 zur Membranpumpe 17 entsteht. In der im Reaktor 13 befindlichen Mischung
wird der Luftsauerstoff gelöst und von der Belebtschlamm-Biomasse verbraucht Der Verbrauch des
gelösten Sauerstoffs durch die Belebtschlamm-Biomasse bewirkt eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration
im Kreisgas, die durch den Analysator 18 gemessen wird. Der im System zu CO2 und H2O umgesetzte
Luftsauerstoff kann zu einem Unterdruck führen, der durch das Druckausgleichsgefäß 21, welches mit CO2
überlagert ist kompensiert wird. Für einen konstanten Wasserdampfpartialdruck sorgt ein Wasserkühler im
Reaktor. Die Analysendauer ist variabel, sie wird vorzugsweise auf 30—60 Minuten eingestellt. Von dem
Schreiber 22 wird sowohl die zeitliche Abnahme der Sauerstoffkonzentration im Kreisgas als auch die nach
der Analyse im Kreisgas noch vorhandene Konzentration des Restsauerstoffs registriert (Grundzehrung). Die
nachfolgenden Abwasserzehrungen werden in der gleichen Weise registriert Der Restsauerstoffgehalt
nach der Grundzehrung ist ein Parameter für die Atmungsaktivität des Belebtschlammes in Verbindung
mit dem eingesetzten synthetischen Abwasser. Natürlich ist zu berücksichtigen, daß sich im Laufe der Zeit der
Belebtschlamm in seiner Aktivität ändern kann. Die Atmungsaktivität wird daher alle 2—4 Stunden erneut
bestimmt und registriert Es ist deshalb ein »Analysenzähler« eingebaut, der nach einem vorwählbaren
Zeitprogramm die Bestimmung der Grundzehrung wiederholt Zwischen der Bestimmung der Grundzehrung
erfüllt das Respirometer seine eigentliche Aufgabe: Die Überprüfung der Abwasser auf eine eventuelle
toxische oder hemmende Wirkung auf den Belebtschlamm einer biologischen Kläranlage.
Die Abwasserförderpumpe 23 füllt während einer Analyse (Grundzehrung oder Abwasserzehrung) das
Sammelgefäß 24 mit dem zu prüfenden Abwasser. Nach Beendigung der Analyse wird der Reaktor über das
Ablaufventil 25 und das mit der Dusche verbundene Ventil 26 gereinigt 50 ml des zu prüfenden Abwassers
werden über das Ventil 27 in das Dosiergefäß eingebracht. Das zu prüfende Abwasser, welches
biologisch abbaubares Material enthält, wird anstelle des bei Bestimmung der Grundzehrung zugesetzten
Trinkwassers in den Reaktor dosiert. Genau wie bei der Grundzehrung werden 100 ml Belebtschlamm und 50 ml
synthetisches Abwasser über die Dosiergefäße 9 und 5 in den Reaktor eingebracht. Volumenmäßig sind damit
dieselben Verhältnisse wie bei der Grundzehrung gegeben. Nachdem das Ansaugen der Frischluft — wie
bei der Grundzehrung — beendet worden ist, werden nach einer Belüftungszeit von ca. 30 see der im Reaktor
befindlichen Mischung die Magnetventile 15 und 16 so eingeschaltet, daß ein geschlossener Gaskreislauf von
der Membranpumpe 17 über Reaktor 13, Sicherheitstauchrohr 19, Strömungsmesser 20, Analysator 18 zur
Membranpumpe 17 entsteht Genau wie bei der Grundzehrung wird nach der eingestellten Analysenzeit
der Restsauerstoffgehalt im Kreisgas durch den Analysator ermittelt und mit dem gespeicherten Wert
der letzten Grundzehrung verglichen. Dieser Vergleich wird automatisch durchgeführt und ausgewertet, indem
man eine Zuordnung treffen kann, wie sie Fig.2 wiedergibt. Das Diagramm zeigt Registrierkurven, wie
sie mit dem Schreiber 22 gemessen wurden. Als Abszisse ist die Sauerstoffkonzentration im Reaktor 13
und als Ordinate die Zeit in Minuten aufgetragen. Die Kurve 1 zeigt die sogenannte Grundzehrung, Kurve 2
ein belastetes Abwasser, Kurve 3 ein schwach belastetes Abwasser, Kurve 4 ein Abwasser mit Hemmwirkung,
Kurve 5 ein Abwasser mit toxischen Substanzen und Kurve 6 wieder die Grundzehrung. Bei einem Vergleich
der Kurven fällt bei der Kurve 2 die schnellere Sauerstoffaufzehrung im Vergleich zur Grundzehrung
auf, während bei dem schwach belasteten Abwasser (Kurve 3) die Aufzehrungsgeschwindigkeit etwa der
Kurve 1 entspricht. Bei einem Abwasser mit hemmenden Substanzen (Kurve 4) geht die Sauerstoffaufzehrung
bedeutend langsamer vor sich. Das Vorhandensein von toxischen bzw. stark hemmenden Substanzen im
■ Abwasser erkennt man in Kurve 5 an dem Abknicken. Die Sauerstoffaufzehrung ist praktisch gestoppt
Da sowohl bei der Bestimmung der Grundzehrung als auch bei der Bestimmung der Abwasserzehrung immer
gleiche Mengen synthetisches Abwasser zudosiert werden, muß die Konzentration des Restsauerstoffs im
Gaskreislauf auch bei der Abwasserzehrung mindestens auf den Wert der Grundzehrung absinken, es sei denn,
das zu prüfende Abwasser wirkt auf den Belebtschlamm toxisch oder hemmend. Die Konzentration des Restsauerstoffs
im Gaskreislauf ist bei der Abwasserzehrung niedriger als bei der Grundzehrung, wenn das zu
prüfende Abwasser biologisch abbaufähiges Material enthält Die Konzentration des Restsauerstoffs bei der
Grundzehrung ist gleich der Abwasserzehrung, wenn - das zu prüfende Abwasser weder biologisch abbaubares
noch auf den Belebtschlamm stark hemmend wirkendes Material enthält Die Differenz der Konzentrationen
des Restsauerstoffs im Kreisgas aus der Grundzehrung und der Abwasserzehrung ist daher ein gut geeigneter
■' Parameter zur Kontrolle des Abwasserzulaufs zu einer
biologischen Kläranlage. Zur Messung dieser Konzentrationsdifferenz kann eine elektronische Vergleichseinheit
eingebaut werden, die so gewählt werden kann, daß bei einer bestimmten Konzentrationsdifferenz eine
Alarmanlage betätigt wird bzw. elektrische Schalt- oder Regelimpulse abgegeben werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erkennung von Substanzen im Abwasser, die den biologischen Abbau in einer
Kläranlage hemmen, bei dem die Sauerstoffaufzehrung eines aus der Kläranlage stammenden Belebtschlammes
einerseits mit einer Standardnährlösung und andererseits mit dem zu überprüfenden
Abwasser gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in regelmäßigen Zeitabständen die Sauerstoffaufzehrungen eines ersten Gemisches aus
dem Belebtschlamm, einem synthetischen Abwasser als Standardnährlösung und Trinkwasser und eines
zweiten Gemisches, das bezüglich Belebtschlamm und Standardnährlösung die gleiche Zusammensetzung
hat wie das erste Gemisch, bei dem jedoch der Trinkw&äseranteil durch die gleiche Menge des zu
Überprüfenden Abwassers ersetzt ist, gemessen und die Meßwerte miteinander verglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das synthetische Abwasser dieselben
abbaubaren Komponenten enthält wie sie in dem zu prüfenden Abwasser vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die zeitliche Abnahme der
Sauerstoffkonzentration und die nach einer vorwählbaren Analysendauer noch vorhandene Restsauerstoffkonzentration
in einem geschlossenen Rcaktorkreislauf nebeneinander registriert werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Differenz der Restsauerstoffkonzentrationen
von dem ersten und zweiten Gemisch gebildet wird und ein Signal für Regelzwecke oder
zur Betätigung einer Alarmanlage erzeugt wird, wenn diese Differenz einen voreingestellten negativen
Wert unterschreitet
Priority Applications (1)
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DE19762634846 DE2634846C3 (de) | 1976-08-03 | 1976-08-03 | Verfahren zur automatischen Kontrolle von unterschiedlich belasteten Abwässern vor oder in Kläranlagen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762634846 DE2634846C3 (de) | 1976-08-03 | 1976-08-03 | Verfahren zur automatischen Kontrolle von unterschiedlich belasteten Abwässern vor oder in Kläranlagen |
Publications (3)
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DE2634846C3 DE2634846C3 (de) | 1980-11-13 |
Family
ID=5984599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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US4329232A (en) * | 1980-12-09 | 1982-05-11 | Union Carbide Corporation | Method for measuring biomass viability |
CN103018415B (zh) * | 2012-10-30 | 2015-08-26 | 广州市市政工程设计研究院 | 污水厂有毒废水在线检测装置及检测方法 |
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- 1976-08-03 DE DE19762634846 patent/DE2634846C3/de not_active Expired
Also Published As
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