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Immunology and Infection

Le compostage des carcasses de bioconfinement pour le contrôle de l'épidémie de maladies infectieuses dans le bétail

doi: 10.3791/1946 Published: May 6, 2010

Summary

En utilisant des matériaux facilement disponibles, ce système de compostage permet bioconfinement efficaces sur site d'élimination des carcasses de gros animaux se posent dans le cas d'éclosion de maladie infectieuse. Cette procédure tue la plupart des agents infectieux dans les carcasses et du fumier contaminé. Une fois l'agent infectieux est confirmée non viables, le compost mûr peut se répandre comme engrais.

Abstract

Systèmes d'élevage intensifs sont particulièrement vulnérables aux catastrophes naturelles ou intentionnelles (bioterroriste) flambées de maladies infectieuses. Un grand nombre d'animaux logés dans une zone restreinte permet une diffusion rapide de la plupart des agents infectieux à travers un troupeau. Confinement rapide est essentielle pour contrôler toute éclosion de maladie infectieuse, ce dépeuplement est souvent entrepris pour prévenir la propagation d'un agent pathogène à la population plus large de l'élevage. Dans cette circonstance, un grand nombre de carcasses de bétail et de fumier contaminé sont générés qui doivent être éliminés rapidement.

Le compostage se prête comme une méthode d'élimination de réponse rapide pour les carcasses infectées ainsi que du fumier et du sol qui peuvent contenir des agents infectieux. Nous avons conçu une procédure de bio-compostage et de mortalité contenues testé son efficacité pour la dégradation des tissus de bovins et la désactivation microbienne. Nous avons utilisé des matériaux disponibles sur la ferme ou achetables à partir locales magasins de fournitures agricoles, afin que le système peut être mis en œuvre sur le site d'une flambée de maladie. Dans cette étude, les températures ont dépassé 55 ° C pendant plus d'un mois et les agents infectieux implantés dans les carcasses de bovins de boucherie et du fumier ont été inactivés dans les 14 jours de compostage. Après 147 jours, les carcasses ont été presque complètement dégradé. Les os longs quelques autres étaient encore dégradé avec un cycle de compostage en andains supplémentaires ouverts et le compost final mature a été adaptée pour l'épandage.

Dupliquer des structures de compost (dimensions finales de 25 mx 5 mx 2,4 m; L x P x H) ont été construits en utilisant des balles de paille d'orge et bordée de lourdes bâches d'ensilage en plastique noir. Chacun a été chargé avec de la paille en vrac, les carcasses et du fumier totalisant ~ 95,000 kg. Une couche de base de 40 cm de paille d'orge en vrac a été placé dans chaque bunker, sur lequel ont été placés 16 bovins d'engraissement des mortalités (poids moyen 343 kg) aligné transversalement avec un espacement d'environ 0,5 m. Pour l'aération passive, des longueurs de flexibles, tuyaux de plastique perforé de drainage (15 cm de diamètre) ont été placés entre les carcasses adjacentes, s'étendant verticalement le long des deux murs à l'intérieur, et avec les extrémités passé si le plastique à l'extérieur. Les carcasses ont été superposées avec le fumier des parcs d'engraissement humides aérés (~ 1,6 m de profondeur) au sommet du bunker. Plastique a été replié sur le dessus et scellées avec du ruban adhésif pour établir une barrière de confinement et de huit bouches d'aération (50 x 50 x 15 cm) ont été placés sur le dessus de chaque structure pour favoriser l'aération passive. Après 147 jours, des pertes de volume et la masse des matières compostées en moyenne 39,8% et 23,7%, respectivement, dans chaque structure.

Protocol

Structures de compost ont été construits en double au Centre de recherches de Lethbridge (CRL) à Lethbridge, en Alberta, au Canada (figure 1). Grandes balles rectangulaires de paille d'orge (260 x 120 x 80 cm, L x P x H) ont été utilisés pour les murs, et de petites balles (100 x 40 x 45 cm) pour le plancher. Grosses balles ont été orientées de sorte murs étaient 120 cm d'épaisseur, qui stabilité des parois optimisée et isolation thermique. Les petites balles formant le plancher ont été orientées avec de la ficelle horizontalement pour maximiser l'absorbance dans l'éventualité d'une fuite, ce qui donne un plancher de 45 cm d'épaisseur. Dimensions hors des structures ont été de 25 mx 5 mx 2,4 m; L x P x H). Le chantier avait une pente d'environ 1, et les structures ont été orientés à favoriser l'écoulement des lixiviats vers le port d'échantillonnage qui nous avons inséré pour l'évaluation expérimentale. Fumier de parc d'engraissement humide a été mélangé et aéré par le traitement par un épandeur de fumier et d'empilage de 24 h avant la construction des structures de confinement.

Les bunkers de compost ont été alignés avec les bâches en plastique noir / blanc couramment utilisés pour couvrir les tas d'ensilage. Excédent suffisant a été laissé sur le haut dans chaque direction afin de permettre une éventuelle rabattable et l'étanchéité de la lit de compost au sein du bunker. Pour lutter contre une brise ambiante, les pneus ont été utilisés pour le poids du plastique dans le bunker jusqu'à la paille a été chargé, mais ils ont été retirés avant les carcasses étant placé. Une fois le port d'échantillonnage des lixiviats (nécessaire pour l'échantillonnage expérimental seulement) a été installé, la paille d'orge en vrac a été ajouté dans la structure de bio-confinement pour former une couche de base d'environ 40 cm d'épaisseur. Cela a été accompli en fournissant une seule balle ronde avec un chargeur frontal, et manuellement distribuer la paille le long de la longueur de la soute.

Seize bovins d'engraissement des mortalités ont été placés sur le lit de paille. Ce sont les bovins qui sont morts dans les 48 dernières heures à proximité des parcs d'engraissement commerciaux, la majorité ayant succombé à la maladie respiratoire bovine. Les carcasses ont été alignés transversalement à l'intérieur du bunker de compostage (Fig. 1), avec un espace d'environ 0,5 m entre les carcasses. Pour fournir une aération passive, des longueurs de tuyaux de plastique perforé de drainage souple (15 cm de diamètre) ont été établies entre les carcasses adjacentes, intégrés dans la base de paille en vrac. Les extrémités des tubes ont été dirigés verticalement le long des murs latéraux s'étendant au-delà du haut de la soute, et maintenu en place temporairement l'utilisation de pneus s'étendant au-delà de la surface supérieure des murs.

Fumier de parc d'engraissement pré-conditionnée a été chargé dans les bunkers pour couvrir les carcasses à une profondeur finale de 1,6 m. Le fumier a été chargé au cours de la paroi latérale de la soute, passant d'une extrémité de la structure vers l'autre. Les pyramides de récupération de l'échantillon décrit ci-dessous ont été placés à leur profondeur prescrite dans la couche de fumier pendant cette étape. Une fois le bunker était rempli, les bâches en plastique a été plié au-dessus du fumier entassés et les extrémités des tubes perforés ont été transmis à travers elle de sorte qu'ils étaient situés à l'extérieur de la pellicule. Le plastique a été scellé avec du ruban adhésif pour établir une barrière de confinement autour de la paille, des carcasses et du fumier. Huit bouches d'aération (50 x 50 x 15 cm) ont été placés sur le dessus de chaque structure pour favoriser l'aération passive, et en forme de T connecteurs étaient attachés à chaque extrémité de la longueur des tubes perforés pour favoriser le flux d'air vers le bas dans les tubes.

Dans cette étude pilote, des modifications expérimentales pour les structures de compost ont été incorporés pour permettre enquête sur l'inactivation des pathogènes et la dégradation des tissus pendant le processus de compostage statique. Des échantillons de tissus et microbiennes pré-quantifiée par le poids de tissus ou d'énumération microbienne ont été thermoscellés dans des sacs en nylon de l'échantillon (5 x 9 cm, la taille des pores de 50 um), et emballés dans des cages en acier spécialisés pyramidale, désigné comme Pyramides Retrieval Baker (BRP) 1. Ces pyramides ont été conçues pour permettre leur récupération à partir de la matrice du compost à intervalles réguliers pendant le processus de compostage sans compromettre gravement le confinement ou l'altération de la dynamique du processus de compostage intérieur d'un BRP, huit sacs (un de chacun des huit types d'échantillon) ont été intégrées dans le fumier mêmes qui a été utilisé pour remplir le bunker, disposés de sorte que chaque sac est entouré par le fumier et pas de sacs ont été en contact direct avec l'autre. BRP-fumier et un sac rempli étaient attachés à des longueurs de chaîne de l'exploitation forestière et suspendus à des profondeurs de 80 cm et 160 cm dans la matrice du compost. Les chaînes étaient ancrés à des poteaux en bois enjambant les bunkers à 1,5 m d'intervalle (Fig. 1). T-type thermocouples placés dans chaque BRP ont également courir le long des chaînes jusqu'à un enregistreur de données placée à l'extérieur de la structure du compost. A intervalles spécifiés, BRP ont été retirées à la verticale à partir du compost en utilisant un cliquet arrivé le long du câble extracteur, et la pellicule de plastique a été re-scellé. Dans le climat naturellement aride du sud de l'Alberta, peu de précipitations a été reçu pendant tsa période, mais la pellicule de plastique et de la forme bombée du matériel de compostage ont été efficaces pour la promotion de ruissellement latéral à être absorbées par les murs de soute paille.

Discussion

Après 147 jours de compostage statique, les pertes de la masse totale, matière sèche (MS), matière organique, le carbone total et azote total étaient de 23,7, 35,6, 52,9, 49,6 et 41,4%, respectivement 2. Dans chaque structure, le volume de matières compostées diminué de 118 à 71 m 3. Décomposition des tissus bovins surveillés classé comme le cerveau> sabots osseux>. Après seulement 7 jours de compostage,> 90% de tissu cérébral DM avait décomposé, et 80% des sabots DM avait décomposée dans les 56 jours du compostage. Perte complète de la viabilité d'Escherichia coli O157: H7 et la maladie de Newcastle a été réalisée dans les 14 jours.

Systèmes d'élevage intensifs sont particulièrement vulnérables aux catastrophes naturelles ou intentionnelles épidémies de maladies infectieuses. Logement d'un grand nombre d'animaux dans un espace confiné donne naissance à la plupart des agents infectieux diffuser rapidement dans toute la population. Le confinement est essentielle pour contrôler toute éclosion de maladie infectieuse, ce dépeuplement est fréquemment utilisée comme un moyen de prévenir la propagation de l'agent infectieux de la plus grande population du bétail. Les résultats du scénario dépeuplement dans un grand nombre de carcasses de bétail et de fumier contaminé nécessitant une élimination rapide. Le compostage se prête comme une méthode d'élimination de réponse rapide pour les carcasses infectées ainsi que du fumier et du sol qui peuvent contenir des agents infectieux. Nous décrivons une procédure de compostage qui peuvent être menées sur le site de l'éclosion de la maladie, en utilisant des matériaux facilement disponibles à la ferme ou de locaux agricoles d'approvisionnement des magasins. Dans notre étude, les agents infectieux associés aux carcasses de bovins et de fumier ont été inactivés dans les 14 jours de compostage, une température du compost dépassé 55 ° C pendant plus d'un mois. La production de lixiviat a été extrêmement faible, probablement en raison de la nature absorbante de la couche de base et notre paille en vrac avoir optimisé le contenu de DM au début du compostage. Les rendements totaux de lixiviat ont été de moins de 3 ppm de la masse de compost initiale (ie, <300 g par structure). Les coliformes ont été détectés dans le lixiviat jusqu'à 5,8 log10 CFU / mL à 14 jours, mais ne sont pas détectables après 101 jours de compostage. Après 147 jours, carcasses de bovins ont été presque complètement dégradé avec seulement quelques os longs étant reconnaissable. Bones ont été dégradées durant le cycle de compostage en andains ouvert supplémentaires après les structures bioconfinement ont été ouverts, ce qui donne finale compost mûr approprié pour une application terrestre.

En conclusion, le compostage crée des conditions qui présentent défi important pour la survie des microorganismes pathogènes plupart. Bactéries libres, protozoaires et virus sont rapidement inactivés par la température, l'alcalinité élevée et élevée de protéase et des activités au sein de la nucléase de compost. Cette décomposition réussie des bovins d'engraissement des carcasses matures indique que cette procédure de compostage statique disposition serait approprié pour tout le bétail commun. Des précautions doivent être prises, cependant, de s'assurer que le carbone optimale: les ratios d'azote et les niveaux d'humidité sont présents pour tuer les microbes conditions à réaliser. Pathogènes intrinsèquement plus résistants à la chaleur, tels que les bactéries qui forment des spores (par exemple, l'anthrax), ou ceux qui sont exceptionnellement récalcitrants, tels que les prions, peut rester infectieux après compostage. Etudes visant à élucider le sort de ces types de microorganismes durant le processus de compostage sont actuellement en cours dans notre laboratoire.

Figure 1
Figure 1. Représentation schématique du système de compostage biosécuritaires comprenant murs en ballots de paille et le plancher, enceinte bâches en plastique, base de paille en vrac, les carcasses de bovins, fumier, tubes perforés de ventilation en plastique, et bouches d'aération, ainsi que des modifications expérimentales (lixiviat du port, la récupération de l'échantillon les pyramides et les capteurs de température. (A) Vue transversale (section transversale). (B) Vue longitudinale (paroi latérale enlevée). Toutes les dimensions sont en cm. Du Xu et al. (2009) 2

Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Ce projet a été réalisé grâce au financement du chimique, biologique, radiologique et nucléaire (CBRN) Initiative de recherche et de technologie (IRTC) de l'Agence canadienne d'inspection des aliments, et l'Alberta Prion Research Institute. La Fondation nationale des sciences naturelles de Chine a fourni une bourse d'études (n ° 30620120430) à W. Xu. Les auteurs remercient Brant Baker et Fred Van Herk, ainsi que Ruth Barbieri, Lisa Kalischuk-Tymensen, Andrew Olson, Lorna Selinger, Geoff Wallins et Homayoun Zahiroddini pour leur assistance technique.

References

  1. Reuter, T. A simple method for temporal collection of tissue and microbial samples from static composting systems. Canadian Biosystems Engineering. 50, 6.17-6.20 (2008).
  2. Xu, W. A biosecure composting system for disposal of cattle carcasses and manure following infectious disease outbreak. J. Environ. Qual. 38, 437-450 (2009).
Le compostage des carcasses de bioconfinement pour le contrôle de l&#39;épidémie de maladies infectieuses dans le bétail
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Reuter, T., Xu, W., Alexander, T. W., Gilroyed, B. H., Inglis, G. D., Larney, F. J., Stanford, K., McAllister, T. A. Biocontained Carcass Composting for Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock. J. Vis. Exp. (39), e1946, doi:10.3791/1946 (2010).More

Reuter, T., Xu, W., Alexander, T. W., Gilroyed, B. H., Inglis, G. D., Larney, F. J., Stanford, K., McAllister, T. A. Biocontained Carcass Composting for Control of Infectious Disease Outbreak in Livestock. J. Vis. Exp. (39), e1946, doi:10.3791/1946 (2010).

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