Kompostowanie padliny w systemie zamkniętym w celu opanowania ogniska choroby zakaźnej u zwierząt hodowlanych

Film przedstawia przykład badania przeprowadzonego w Lethbridge Research Center, sponsorowanego przez program CRTI rządu federalnego oraz przez Alberta Agriculture. Celem projektu jest analiza utylizacji trucheł poprzez przykrywanie ich bawełną jako metody usuwania zwłok podczas wybuchu choroby zakaźnej w populacji bydła mięsnego. Technika ta była wcześniej stosowana przez dr. Lloyda Spencera z CFIA w celu opanowania epidemii ptasiej grypy, która miała miejsce w Fraser Valley kilka lat temu.

Celem projektu jest przede wszystkim skuteczne opanowanie czynnika zakaźnego i zapobieżenie jego rozprzestrzenianiu się na inne okoliczne populacje bydła. Aby to osiągnąć, konieczna jest bardzo szybka reakcja w zakresie opracowania metody utylizacji i doprowadzenia jej do stanu gotowości operacyjnej, najlepiej w ciągu 24 godzin. Dlatego w projekcie tego konkretnego eksperymentu w całym procesie kompostowania wykorzystujemy materiały dostępne lokalnie, które można łatwo nabyć od lokalnych dostawców rolniczych, co pozwala nam na wzniesienie konstrukcji w ciągu 24 godzin.

Zewnętrzna rama konstrukcji została wykonana z wykorzystaniem słomy jęczmiennej. Na dnie konstrukcji umieściliśmy małe bele słomy na wypadek ewentualnego wycieku z całego procesu kompostowania, aby mogły one absorbować powstały płyn. Następnie użyliśmy dużych bel kwadratowych jako zewnętrznych ścian konstrukcji.

Naszym celem było sprawdzenie, czy możemy zastosować podobny model, jedynie zwiększając jego skalę do znacznie większych rozmiarów, aby dostosować go do masy ciała pełnowymiarowych bydła z chowu intensywnego. Poziom izolacji zastosowany w niniejszym badaniu był znacznie wyższy niż w typowym procesie kompostowania. Użyliśmy dużych bel słomy, aby zamknąć cały pryzm kompostowy wewnątrz ustrukturyzowanej ramy.

Obornik zebrano z wybiegu w centrum badawczym Lepar, a następnie poddano go wstępnemu przygotowaniu poprzez rozprowadzenie rozrzutnikiem do obornika w celu jego napowietrzenia, aby umożliwić proces nagrzewania. Jest to w zasadzie pierwsza próba przeprowadzenia takiej operacji na tak dużą skalę i bez tak wysokiego poziomu zabezpieczeń. Jedną z obaw, jakie pojawiły się przy pierwszej próbie, była kwestia tego, czy w wyniku procesu kompostowania powstanie znaczna ilość odcieków.

Zdecydowaliśmy się na celowe zastosowanie systemu odprowadzającego pod pryzmą kompostową, aby umożliwić zbieranie wszelkich cieczy, które mogą powstawać w procesie kompostowania. Używamy standardowej folii silosanowej. Jest to ten sam rodzaj folii, z której korzystają fermy w celu przykrywania silosów.

Zastosowanie folii ma na celu zapewnienie bardzo wysokiego poziomu bezpieczeństwa. W zasadzie wszystko w pryzmie kompostowej zostaje zatrzymane wewnątrz bariery z tworzywa. Na dnie struktury kompostującej układamy warstwę słomy jęczmiennej, która pełni funkcję absorbenta i pomaga również w usprawnieniu procesu kompostowania.

Dodatkowo umieściliśmy przetworniki temperatury bezpośrednio w kompoście. Przetworniki te stale rejestrują temperaturę przez cały proces kompostowania, a następnie odzyskujemy je po zakończeniu procesu i pobieramy dane o temperaturze z całego okresu kompostowania. Jedną z wad stosowania tworzywa sztucznego jest duże prawdopodobieństwo, że ograniczy ono dopływ tlenu do pryzmy kompostowej.

W tym przypadku użyliśmy zwykłych rur drenarskich lub rur drenażowych, typowo stosowanych w budownictwie domowym, i rozmieściliśmy te rury w odstępach co około 16 stóp w całej strukturze kompostującej. Miało to na celu zapewnienie przepływu powietrza do wnętrza pryzmy kompostowej, aby proces kompostowania przebiegał tlenowo, a nie beztlenowo, w warunkach braku tlenu, co w praktyce prowadziłoby do procesu analogicznego do kiszenia paszy. Chcieliśmy uniknąć takiego efektu.

Chcieliśmy, aby tlen przenikał do struktury, aby zmaksymalizować rozkład padliny. Bydło to pozyskano z lokalnych ferm odsadzkowych, na których zwierzęta padły głównie z powodu zapalenia płuc, co wynika z przyczyn naturalnych. Nie uboiliśmy tych zwierząt ani nie zabijaliśmy ich na potrzeby samego badania.

Umieszczone rurki opierały się wyłącznie na napowietrzaniu pasywnym, czyli naturalnym przepływie powietrza z otaczającej atmosfery przez rurę. Nie używaliśmy wentylatorów ani podobnych urządzeń, ponieważ w przypadku wybuchu choroby zakaźnej nie chcielibyśmy wydmuchiwać czynnika zakaźnego z konstrukcji kompostownika do otoczenia. W przypadku typowego ogniska choroby nie stosowano by tak szczegółowych rozwiązań, jednak ze względu na charakter eksperymentu wykorzystaliśmy tak zwane piramidy do odzyskiwania próbek Bakera jako metodę wprowadzania próbek do kompostu, a następnie ich wyodrębniania w późniejszych terminach.

W celu przeprowadzenia dalszych badań wykorzystaliśmy modelowe mikroorganizmy, zarówno bakterie, jak i wirusy, które umieściliśmy w niewielkich białych woreczkach, a następnie wtrąciliśmy je do trójkąta i umieściliśmy w strukturze kompostującej. Celem tego działania było upewnienie się, że proces kompostowania zabija mikroorganizmy, dzięki czemu czynnik zakaźny zostaje zniszczony w trakcie kompostowania. Dodaliśmy również dodatkowe podłoża, takie jak tkanki, w tym tkanka mózgowa oraz keratyna, czyli białko budujące kopyta i rogi.

Keratyna jest bardzo odporna na trawienie, dlatego chcieliśmy sprawdzić, czy jesteśmy w stanie doprowadzić do rozkładu tego wyjątkowo odpornego białka podczas procesu kompostowania; jeśli zaobserwowalibyśmy znaczący rozkład, byłby to dobry wskaźnik tego, że padlina również ulegnie całkowitej degradacji. Wypełniamy piramidy obornikiem, aby mieć pewność, że środowisko wewnątrz samej piramidy jest bardzo zbliżone do środowiska w pozostałej części otaczającego obornika. W trakcie procesu kompostowania należy odebrać tylko trzy worki.

Wszystkie materiały zostały odważone do woreczków przed umieszczeniem ich w piramidzie, lub w przypadku mikroorganizmów, ich liczba została policzona przed umieszczeniem w piramidzie. W tym przypadku w każdej z piramid umieściliśmy również czujniki temperatury, aby zmierzyć temperaturę w miejscu każdej poszczególnej piramidy. W pryzmę kompostową umieściliśmy ponad 20 takich piramid na dwóch głębokościach: jedna znajdowała się około pół metra w głąb pryzmy, a druga metr w głąb w obszarze, w którym umieszczono padlinę.

W normalnych warunkach większość tych bakterii modelowych nie wywołałaby poważnej choroby u ludzi, jednak w rzeczywistych warunkach, podczas walki z ogniskiem zakaźnym, zauważycie Państwo, że pracownicy noszą rękawice i kombinezony ochronne, a podczas wybuchu choroby zakaźnej mieliby oni również maski oraz specjalne buty. Poziom odzieży ochronnej byłby znacznie wyższy w przypadku rzeczywistego ogniska choroby. Po wprowadzeniu padliny umieściliśmy około 16 zwierząt w każdej z tych struktur kompostujących.

Następnie pobieramy obornik i przykrywamy nim całość; widać wydobywającą się parę, co wskazuje, że obornik jest już rozgrzany. Przed wprowadzeniem do pryzmy kompostowej wypełniliśmy strukturę obornikiem całkowicie, zatem same padliny znajdują się teraz około półtora metra pod powierzchnią obornika. Jak tutaj widać.

Następnie wykonaliśmy dodatkowe otwory napowietrzające w górnej części pryzmy, aby ponownie upewnić się, że proces kompostowania przebiega tlenowo. Czy powinniśmy przejść do następnej sekcji w Fred? Ponieważ te otwory wykorzystujemy również do pomiaru rodzajów emitowanych gazów cieplarnianych.

Podczas procesu kompostowania wszystko zostało szczelnie zamknięte, aby zapewnić, że w przypadku obecności czynnika zakaźnego w pryzmie, prawdopodobieństwo jego wydostania się byłoby bardzo niskie. Można zauważyć, że na górze umieściliśmy opony, co w zasadzie ogranicza dostęp ptaków lub innych zwierząt przenoszących patogeny do całej pryzmy, zapewniając, że czynnik zakaźny nie zostanie przeniesiony na inne potencjalne wektory. Widoczne przewody służą do przesyłania pomiarów temperatury z wnętrza piramidy do komputera znajdującego się poza strukturą kompostownika; monitorujemy temperaturę w ponad 48 różnych punktach w każdej pryzmie kompostowej, aby uzyskać obraz zmienności przestrzennej efektywności procesu kompostowania, natomiast rurki zostały wykorzystane do pomiaru poziomu tlenu na różnych głębokościach wewnątrz pryzmy.

Jak wspomniano wcześniej, kluczowe jest, aby tlen przenikał do wnętrza pryzmy. Ze względu na stopień szczegółowości, z jakim rozmieszczaliśmy tutaj piramidy, czas budowy tych struktur był znacznie dłuższy niż w normalnych warunkach. W standardowej sytuacji nie rozmieszczano by piramid ani nie zachowywano tak wielkiej ostrożności, jak robimy to tutaj, aby upewnić się, że nie uszkodzimy żadnego z instrumentów pomiarowych umieszczonych w pryzmie w różnych odstępach czasu.

Następnie, w trakcie procesu kompostowania, wchodziliśmy do struktury i wyciągaliśmy trójkąty z głębokości od jednego do pół metra poniżej powierzchni obornika, a następnie sprawdzaliśmy, czy mikroby przetrwały proces kompostowania oraz jaką ilość tkanki uległa degradacji w tym czasie; konstrukcja i wytrzymałość trójkątów pozwoliły nam na ich bezpośrednie wyciągnięcie z kompostu i odzyskanie próbek. W normalnych warunkach, w przypadku rzeczywistego wybuchu choroby zakaźnej, temperatury w pryzmie kompostowej – które możemy monitorować z zewnątrz – osiągają wartości rzędu 70 °C. W temperaturach powyżej około 55 °C większość czynników zakaźnych zostaje wyeliminowana, a gdy przeprowadziliśmy pomiary mikroorganizmów i wirusów, których użyliśmy jako organizmów modelowych w pryzmie, okazało się, że wirusy zginęły w ciągu tygodnia, a mikroby w ciągu dwóch tygodni.

W tej chwili otwieramy pryzmę po zakończeniu procesu kompostowania. Trwał on przez okres około 150 dni. W niektórych obszarach pryzmy temperatura przekraczała 70 °C przez okres dłuższy niż 70 dni.

Temperatura miała tendencję do bycia wyższą na górze pryzmy niż na jej dole, jednak we wszystkich obszarach pryzmy przekroczyła 55 °C. Teraz, gdy opróżniamy pryzmę kompostową, jeśli rzeczywiście doszło do wybuchu choroby zakaźnej, czynnik zakaźny zostałby w zasadzie zniszczony w wyniku procesu kompostowania. W trakcie tej procedury, usuwając materiał, odzyskujemy również przetworniki, czyli przetworniki temperatury, które znajdowały się w pryzmie przez cały czas; wyjmiemy je i podłączymy do komputera, aby zmierzyć, jaka była temperatura w całym procesie kompostowania również w miejscu ułożenia zwierzęcia.

Stwierdzono obecność pewnych pozostałości kości i tkanek, jednak zwierzęta były już zdecydowanie nierozpoznawalne. Po procesie kompostowania rozmiary tkanek były stosunkowo małe, wszystkie znacznie mniejsze niż 1 kg lub 500 g. Po demontażu struktury kompostującej materiał został przemieszany i ułożony w zewnętrznych pryzmach, w których wszelkie pozostałe tkanki uległy rozkładowi podczas wtórnego procesu kompostowania.

Kluczowym czynnikiem jest to, że w momencie tego końcowego otwarcia czynnik zakaźny zostałby już zneutralizowany w wyniku wysokich temperatur osiągniętych podczas przedłużonego procesu kompostowania, a tkanka mózgowa w około 98% uległa rozkładowi w ciągu pierwszych dwóch miesięcy procesu kompostowania.