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Immunology and Infection

Carcassa di compostaggio Biocontained per il controllo di focolai di malattie infettive del bestiame

doi: 10.3791/1946 Published: May 6, 2010

Summary

Utilizzando materiali facilmente reperibili, questo sistema consente di compostaggio biocontained efficace sul sito di smaltimento delle carcasse di animali di grandi dimensioni che sorgono nel caso di insorgenza di malattie infettive. Questa procedura uccide maggior parte degli agenti infettivi nelle carcasse e letame contaminato. Una volta che l'agente infettivo è confermata non vitale, compost maturo può essere diffuso come fertilizzante.

Abstract

Intensivi sistemi di produzione animale sono particolarmente vulnerabili al naturale o intenzionali (bioterrorismo) epidemie di malattie infettive. Un gran numero di animali alloggiati all'interno di una zona limitata permette la rapida diffusione di agenti infettivi più tutta una mandria. Rapido contenimento è la chiave per controllare eventuali focolai di malattie infettive, in tal modo lo spopolamento è spesso impegnata a prevenire la diffusione di un agente patogeno per la popolazione di bestiame più grande. In quella circostanza, un gran numero di carcasse di animali e letame contaminato sono generati che richiedono un rapido smaltimento.

Il compostaggio si presta come una risposta rapida metodo di smaltimento per le carcasse infette e letame e il terreno che possono ospitare agenti infettivi. Abbiamo progettato un bio-contained procedura di compostaggio di mortalità e testato la sua efficacia per la degradazione dei tessuti bovini e disattivazione microbica. Abbiamo utilizzato materiali disponibili in azienda o acquistabile nei negozi di forniture per azienda in modo che il sistema può essere implementato nel sito di insorgenza della malattia. In questo studio, le temperature superato i 55 ° C per più di un mese e agenti infettivi impiantati nelle carcasse di bovini da carne e letame sono stati inattivati ​​entro 14 giorni di compostaggio. Dopo 147 giorni, le carcasse sono state quasi completamente degradata. Le ossa lunghe pochi rimasti sono stati ulteriormente degradata con un ciclo di compostaggio in cumuli supplementare aperto e il compost maturo finale era adatto per applicazioni terrestri.

Duplicare strutture compost (dimensioni finale 25 mx 5 mx 2,4 m; L x P x A) sono stati costruiti utilizzando balle di paglia d'orzo e fiancheggiata da pesanti teli di plastica nera insilati. Ogni stato caricato con paglia sciolti, carcasse e concimi per un totale di ~ 95.000 kg. A 40 cm di strato di base di paglia d'orzo sciolto è stato posto in ogni bunker, su cui sono stati collocati 16 bestiame feedlot mortalità (peso medio 343 kg) allineate trasversalmente ad una distanza di circa 0,5 m. Per l'aerazione passiva, lunghezze di flessibili, tubi di drenaggio in plastica forata (15 cm di diametro) sono stati collocati tra le carcasse adiacenti, che si estende verticalmente lungo entrambe le pareti interne, e con le estremità passato anche se la plastica verso l'esterno. Le carcasse sono stati sovrapposti con letame umido feedlot gassose (~ 1,6 m di profondità) alla cima del bunker. Plastica era ripiegato sopra la parte superiore e sigillato con nastro adesivo per creare una barriera di contenimento e otto bocchette di aerazione (50 x 50 x 15 cm) sono stati collocati in cima ad ogni struttura per promuovere aerazione passiva. Dopo 147 giorni, la perdita di volume e la massa di materiale compostato media del 39,8% e 23,7%, rispettivamente, in ogni struttura.

Protocol

Duplicare strutture compost sono stati costruiti presso il Centro di Ricerca Lethbridge (LRC) a Lethbridge, Alberta, Canada (Fig. 1). Rettangolare balle di paglia d'orzo (260 x 120 x 80 cm L x P x A) sono stati utilizzati per le pareti, e balle di piccole dimensioni (100 x 40 x 45 cm) per il pavimento. Balle grandi erano orientati in modo pareti erano 120 cm di spessore, che la stabilità della parete massimizzata e ritenzione di calore. Le piccole balle che formano il pavimento erano orientati con spago che corre orizzontalmente per massimizzare assorbimento in caso di una perdita, ottenendo un pavimento 45 centimetri di spessore. Ingombri delle strutture erano 25 mx 5 mx 2,4 m; L x W x H). Il cantiere aveva una pendenza di circa 1, e le strutture sono state orientate a favorire il flusso del percolato verso il porto di campionamento che abbiamo inserito per la valutazione sperimentale. Feedlot letame umido è stato mixato e le acque da lavorazione attraverso un diffusore di concime e accumulando per 24 ore prima della costruzione delle strutture di contenimento.

Il bunker compost sono stati rivestiti con pesanti teli di plastica nero / bianco comunemente utilizzati per coprire cumuli dell'insilato. Avanzo sufficiente era rimasto sopra le righe in ogni direzione per permettere eventuali piegare verso il basso e la sigillatura del letto compost all'interno del bunker. Per combattere una brezza ambiente, i pneumatici sono stati utilizzati per il peso della plastica nel bunker fino a quando la paglia è stato caricato, ma questi sono stati rimossi prima che le carcasse di essere immessi. Una volta che la porta di campionamento del percolato (necessario per il campionamento solo sperimentale) è stato installato, paglia d'orzo sciolto è stato aggiunto nel bio-contenimento struttura per formare uno strato di base di circa 40 cm di spessore. Ciò è stato realizzato, fornendo una balla sola rotonda con un caricatore frontale, e distribuire manualmente la paglia per tutta la lunghezza del bunker.

Sedici bestiame feedlot mortalità sono stati collocati sul letto di paglia. Erano bestiame che erano morti nei precedenti 48 ore al vicino allevamenti commerciali, la maggior parte aver ceduto alla malattia respiratoria del bovino. Le carcasse sono state allineate trasversalmente all'interno del bunker di compostaggio (Fig. 1), con uno spazio di circa 0,5 m tra le carcasse. Per fornire aerazione passiva, le lunghezze dei tubi flessibili perforata di drenaggio in plastica (15 cm di diametro) sono state stabilite tra le carcasse adiacenti, incorporato all'interno della base di paglia sciolto. Le estremità del tubo sono stati diretti in verticale lungo le pareti laterali si estende oltre la parte superiore del bunker, e tenuto in posizione temporaneamente utilizzando pneumatici si estende oltre la superficie superiore delle pareti.

Pre-condizione letame feedlot è stato caricato nel bunker per coprire le carcasse ad una profondità finale di 1,6 m. Il letame è stato caricato sulla parete laterale del bunker, spostandosi da un capo all'altro della struttura verso l'altro. Le piramidi campione recupero descritti di seguito sono stati posizionati al loro profondità prescritto all'interno dello strato di letame durante questa fase. Una volta che il bunker è stato riempito, il teli di plastica era ripiegato sopra la parte superiore del letame accatastato e le estremità del tubo forato erano passati attraverso di esso in modo che essi si trovavano all'esterno del capo. La plastica è stata sigillata con nastro adesivo per creare una barriera di contenimento attorno al, carcasse di paglia e letame. Otto bocchette di aerazione (50 x 50 x 15 cm) sono stati collocati in cima ad ogni struttura per promuovere aerazione passiva, a forma di T connettori sono state allegate a ciascuna estremità delle lunghezze dei tubi forati per promuovere il flusso d'aria verso il basso nei tubi.

In questo studio pilota, sperimentali modifiche alle strutture compost sono stati incorporati che consentano loro di inattivazione dei patogeni e di degrado del tessuto durante il processo di compostaggio statico. Campioni di tessuto e microbiche pre-quantificato in peso dei tessuti o di enumerazione microbica sono termosaldate in sacchetti di nylon del campione (5 x 9 cm; 50-micron dimensione dei pori), e confezionato in speciali gabbie d'acciaio piramidale, designato come Baker Piramidi Retrieval (BRP) 1. Queste piramidi sono stati progettati per permettere il loro recupero dalla matrice compost ad intervalli durante il processo di compostaggio, senza compromettere seriamente il contenimento o alterare le dinamiche del processo di compostaggio All'interno di un BRP, otto cuscini (uno ciascuno degli otto tipi di campioni) sono stati incorporati nel letame stesso che è stato utilizzato per riempire il bunker, disposte in modo che ogni sacco era circondato da sacchi di letame e non erano in contatto diretto con un altro. BRPs letame e sacchetto pieno erano attaccati alla lunghezza della catena di registrazione e sospeso ad una profondità di 80 cm e 160 cm all'interno della matrice compost. Le catene sono state ancorate a pali di legno che attraversa il bunker a intervalli di 1,5 m (Fig. 1). T-tipo termocoppie poste in ogni BRP sono stati corrono lungo le catene ad un data logger posizionato esternamente alla struttura compost. A intervalli specifici, BRPs sono stati ritirati in verticale dal terriccio con un libero sfogo come-lungo cavo estrattore, e l'involucro di plastica è stato nuovamente sigillato. Nel clima naturalmente arido del sud Alberta, poca pioggia è stato ricevuto durante til suo periodo, ma l'involucro di plastica e la forma a cupola del materiale di compostaggio sono stati efficaci per promuovere il deflusso laterale per essere assorbiti dalle pareti del bunker paglia.

Discussion

Dopo 147 giorni di compostaggio statico, perdite di massa totale, sostanza secca (SS), materia organica, carbonio totale, azoto totale era pari al 23,7, 35,6, 52,9, 49,6 e 41,4%, rispettivamente 2. All'interno di ogni struttura, il volume di materiale compostato diminuito 118-71 m 3. Decomposizione dei tessuti bovini monitorato classificato come cervello> zoccolo osso>. Dopo soli 7 giorni di compostaggio,> 90% del tessuto cerebrale DM era decomposto, e l'80% dello zoccolo DM era decomposto in 56 d di compostaggio. Completa perdita di vitalità di Escherichia coli O157: H7 e malattia di Newcastle è stata raggiunta entro 14 giorni.

Intensivi sistemi di produzione animale sono particolarmente vulnerabili al naturale o intenzionale epidemie di malattie infettive. Ospita un gran numero di animali all'interno di un'area confinata dà luogo ad agenti infettivi più diffondendo rapidamente in tutta la popolazione. Il contenimento è la chiave per controllare eventuali focolai di malattie infettive, in tal modo lo spopolamento è usato frequentemente come un mezzo per prevenire la diffusione dell'agente infettivo per la popolazione di bestiame più grande. Lo spopolamento risultati scenario in un gran numero di carcasse di animali e letame contaminato da smaltire rapidamente. Il compostaggio si presta come una risposta rapida metodo di smaltimento per le carcasse infette e letame e il terreno che possono ospitare agenti infettivi. Noi descrivere una procedura di compostaggio che possono essere condotti presso il sito del focolaio della malattia, utilizzando materiali facilmente disponibili in azienda o da locale azienda di alimentazione negozi. Nel nostro studio, agenti infettivi associati a carcasse di bovini da carne e letame sono stati inattivati ​​entro 14 giorni di compostaggio, una temperatura compost superato i 55 ° C per più di un mese. La produzione di percolato è stata estremamente bassa, probabilmente a causa della natura assorbente dello strato sciolto di base di paglia e la nostra avendo ottimizzato il contenuto DM all'inizio della compostaggio. Resa totale di percolato sono stati meno di 3 ppm della massa iniziale compost (cioè <300 g per struttura). Coliformi sono stati rilevati nel percolato fino a 5,8 log10 CFU / ml a 14 giorni, ma non erano rilevabili dopo 101 giorni di compostaggio. Dopo 147 giorni, le carcasse dei bovini sono stati quasi completamente degradato con solo qualche osso lungo, di riconoscibile. Ossa erano degradati ulteriormente durante il supplementare aperto andana ciclo di compostaggio, dopo le strutture biocontained sono stati aperti, ottenendo finale compost maturo adatto per applicazione al terreno.

In conclusione, il compostaggio crea le condizioni che presentano notevoli sfide per la sopravvivenza della maggior parte dei microrganismi patogeni. Batteri liberi, protozoi e virus sono rapidamente inattivato dalle alte temperature, elevata alcalinità e proteasi e nucleasi attività all'interno di compost. Questa decomposizione delle carcasse di successo maturo bestiame feedlot indica che questa procedura di smaltimento statici di compostaggio sarebbe adatto per tutti gli animali comuni. Bisogna fare attenzione, tuttavia, per garantire che ottimale di carbonio: i rapporti di azoto e livelli di umidità sono presenti in ordine di uccidere microbica condizioni da raggiungere. Patogeni intrinsecamente più resistenti al calore, come i batteri che le spore forma (ad esempio, l'antrace), o quelli che sono insolitamente recalcitranti, come i prioni, può ancora restare infettive dopo compostaggio. Studi per chiarire il destino di questi tipi di microrganismi durante il processo di compostaggio sono attualmente in corso nel nostro laboratorio.

Figura 1
Figura 1. Rappresentazione schematica del sistema di compost biosicurezza che comprende pareti balle di paglia e terra, recinto teli di plastica, paglia di base sciolto, carcasse di animali, il letame, perforato tubi di ventilazione in plastica, e prese d'aria, nonché gli emendamenti sperimentale (percolato porta, il recupero del campione piramidi e sensori di temperatura. (A) vista trasversale (sezione trasversale). (B) Vista longitudinale (parete laterale rimosso). Tutte le misure sono in cm. Da Xu et al. (2009) 2

Disclosures

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Acknowledgments

Questo progetto è stato condotto con il finanziamento del chimico, biologico, radiologico e nucleare (CBRN) Iniziativa Ricerca e Tecnologia (CRTI) della Canadian Food Inspection Agency, e il prione Alberta Research Institute. La Fondazione Nazionale di Scienze Naturali di Cina ha fornito una borsa di studio (n. 30620120430) a W. Xu. Gli autori ringraziano Brant Baker e Fred Van Herk, così come Ruth Barbieri, Lisa Kalischuk-Tymensen, Andrew Olson, Lorna Selinger, Geoff Wallins e Homayoun Zahiroddini per la loro assistenza tecnica.

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).
Carcassa di compostaggio Biocontained per il controllo di focolai di malattie infettive del bestiame
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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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