Überblick zu aktuellen erkenntnissen zu bioaerosolen in

21. umwelttoxikologisches Kolloquium des Landesgesundheitsamtes Baden-Württemberg

Überblick zu aktuellen Erkenntnissen zu Bioaerosolen in der Nähe von Stallanlagen

Jochen Schulz

Institut für Tierhygiene, Tierschutz und Nutztierethologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover


Gliederung des Vortrages

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1. Bioaerosole in Ställen: Qualitäten und Quantitäten

2. Eigenschaften stallluftspezifischer Bioaerosole

3. Mögliche Risiken durch Bioaerosolemissionen aus Stallanlagen

4. Ausbreitung von Bioaerosolen

5. Minderungsmaßnahmen durch Planung, Management und Technik

6. Zusammenfassung

Bioaerosole in Ställen: Qualitäten und Quantitäten

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Die Luft in Nutztierställen enthält neben gasförmigen (Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid, Spurengase, Osmogene) Luftverunreinigungen einen hohen Anteil organischer Partikel denen eine erhebliche Beteiligung an

• Atemwegserkrankungen bei den im Stall gehaltenen Tieren und

• den im Stall arbeitenden Tierhaltern

zugeschrieben wird.


Was sind Bioaerosole?

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Definition nach DIN EN 13098

Bioaerosole sind „Luftgetragene Partikel biologischer Herkunft“

Anmerkung: Bioaerosole sind alle im Luftraum befindlichen Ansammlungen von Partikeln, denen Pilze (Sporen, Konidien, Hyphenbruchstücke), Bakterien, Viren und/oder Pollen, sowie deren Zellwandbestandteile und Stoffwechselprodukte (z.B. Endotoxine, Mykotoxine) anhaften bzw. diese beinhalten oder bilden.



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- Futterpartikel - Bakterien

- Proteine (Epithelien) - Endotoxine

- Fäkalien - beta(1,3)-Glucane

- Schimmelpilze/Hefen - mikrobielle Proteasen

- Pollen - Ammoniak adsorbiertan Partikel

- Milben, Insektenteile - Viren

- Asche (anorganische Bestandteile)


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Luftgetragene Mikroorganismen und Viren gehören zu den Bioaerosolen. Sie können als Einzelzelle oder Einzelpartikel, als Zell- oder Partikelaggregat oder gebunden an andere Partikel (Agglomerat) in der Luft vorkommen.

Staubpartikel aus Schweinestallluft (Clauss, 2010).

Staphylokokken auf Hautzellen

Hefezellen

Schimmelpilz-spore

Nicht identifiziertes Partikel

Staphylokokken-aggregat


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Partikel aus der Luft eines Masthühnerstalles (Schulz 2006)

Bakterien an einem Staubpartikel

Biofilm auf Daunenfaser


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BakterienBordetella bronchisepticaBrucella suis (Z)Chlamydia psittaci (Z)Corynebacterium equiErysipelothrix rhusiopathiae (Z)Escherichia coli (VTEC) (Z)Haemophilus gallinarum

Haemophilus parasuisHaemophilus pleuropneumoniaeListeria monocytogenes (Z)Leptospira pomona (Z)Mycobacterium avium (Z)Mycobacterium tuberculosis (Z)Mycoplasma gallisepticum

Mycoplasma hyopneumoniaePasteurella multocida (Z)Pasteurella pseudotuberculosisSalmonella pullorum (Z)Salmonella typhimurium (Z)Staphylococcus aureus (Z)Streptococcus suis (Z)

PilzeAspergillus flavus Aspergillus fumigatus Aspergillus niger

Aspergillus nidulans Coccidioides immitis

Cryptococcus neoformans (Z)Histoplasma farciminosum (Z)

VirenAfrican Swine Fever-like Virus (ASFV)Aviäres Leukose Virus (ALV)Aviäres Influenza A-Virus (Z)Avian infectious bronchitis virus (AIBV)

Avian infectious bronchitis virus (AIBV)Infektiöses Laryngotracheitis VirusHerpesvirus 2 des HuhnsMaul- und Klauenseuche (MKS) Virus (Z)Suines Herpes Virus (Z)Suines Herpes-Virus 2

Newcastle Disease Virus (Z)Porcines respirat. CoronavirusSchweineinfluenza VirusTeschen/Talfan disease VirusHog cholera Virus (HCV)

In der Luft von Schweine- und Geflügelställen nachgewiesenen Infektionserreger. Zoonosenerreger sind mit (Z) markiert (nach WATHES (1995), modifiziert).

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Beispiel: Staubpartikel mit anhaftenden Mikroorganismen aus der Luft eines Masthühnerstalles.

Fluoreszenzaufnahme Schulz (2006)


Rind Schwein Geflügel Außenluft

Einatembarer Staub (mg/m3) 0,38 2,19 3,60 0,03 – 0,06

Alveolengängiger Staub (mg/m3)

0,07 0,23 0,45 0,01 – 0,02

Mesophile Bakterien (log KBE/m3)

4,3 5,1 6,0 2,0 – 3,0

Pilze (log KBE/m3) 3,8 3,7 4,0 2,0 – 3,7

Einatembare ETOX (ng/m3) 26,8 125,8 692,3 0,3 – 3,0

Alveolengängige ETOX (ng/m3)

2,9 12,8 48,7 keine Angabe

Mittlere Konzentrationen partikulärer Luftverunreinigungen in jeweils ca. 70 Ställen verschiedener Nutztiere1 und Werte unbelasteter Außenluft

ETOX: Endotoxine; KBE: Koloniebildende Einheiten (1nach SEEDORF, et al. 1998; TAKAI, et al. 1998; modifiziert)

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Bioaerosolquellen im Stall

Tiere

FäkalienEinstreu

Futter

Oberflächen von Gebäudeteilen

Über die Abluft gelangen Bioaerosole in die Außenluft(Bioaerosolemission)

Windrichtung



Mögliche Risiken durch Bioaerosolemissionen aus Stallanlagen

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für benachbarte Stallungen:

• Übertragung von Infektionserregern (z.B. PRRSV und Mycoplasma hyopneumoniae beim Schwein über 120 m (Dee et al. 2010))

für benachbarte Anwohner:

• Übertragung von Infektionserregern (Coxiellen aus Ziegenhaltungen, andere??)• Assoziation zwischen eingeschränkten Lungenfunktionen und Exposition von Anwohnern (NILS-Studie, Schulze et al. 2011)


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für die Umwelt:

• partikulärer Stickstoffeintrag mit nachteiligen Wirkungen auf Boden, Wasser und Flora

• Eintrag von Antibiotika und Antibiotika resistenten Bakterien →Verbreitung von Resistenzen und resistenten Erregern

Mögliche Risiken durch Bioaerosolemissionen aus Stallanlagen


Ausbreitung von Bioaerosolen

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Felduntersuchungen zur Ausbreitung stallspezifischer Indikatorbakterien (Staphylococcusspp.) aus Broilerställen ergaben …

ergaben …

• 31 000 Mastplätze• Unterdrucklüftung, künstliche Beleuchtung• Zentrale Abluftführung, Punktquelle

• 39 900 Mastplätze• frei gelüftet• Typ Louisianastall, Flächenquelle



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… exponentielle Keimabnahmen in der Hauptwindrichtung.

am frei gelüfteten Stall (Schulz et al. 2011)

am zwangsgelüfteten Stall (Schulz et al. 2005)



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1-5 5-10 10-50 50-100 100-150 150-200 200-250 > 250 x 100 KBE / m3

N

0

50 100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

200 m

Stall A

Mittlere Staphylokokkenimmissionen in der wärmeren Jahreszeit (Mai bis einschl. September) am Stall A. Konzentrationen in 1,5 m Höhe vom Boden.

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Probenahmen in der Stallumgebung von Mastgeflügelhaltungen und Schweinehaltungen

Luftproben Sockentupfer

Lee Luv

100m50m150m300m

Wettersta-tion


Sockentupfer-probe



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LA-MRSA-Detektion im Stall und in der Stallgebäudeumgebung von sieben Geflügelbeständen in einer Longitudinalstudie



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LA-MRSA-Detektion im Stall und in der Stallgebäudeumgebung von sechs Schweinebeständen in einer Longitudinalstudie


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Fazit: „Stallspezifische Stäube, Bioaerosole und deponierte Keime können in der Hauptwindrichtung in 300 m Entfernung zu Mastgeflügelställen noch regelmäßig nachgewiesen werden.“

Ob dadurch Anwohner gesundheitlich beeinträchtigt werden können ist unklar. Eine umweltmedizinische Bewertung auf toxikologischen und umweltepidemiologischen Untersuchungen ist derzeit nicht möglich. Die Konsequenzen für die Umwelt sind weitgehend unbekannt.


Mitgliederversammlung / Vortragstagung des Verbandes Deutscher Putenerzeuger am 06.06.2013 in Celle


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Aufgrund des öffentlichen und politischen Drucks, ist das Vorsorgeprinzip in den Vordergrund gerückt. Z.B. Erlässe NRW (Februar 2013) und Niedersachsen (März 2013) über den Einsatz von Abluftreinigungsanlagen.

Quelle: Grafschafter Nachrichten

Minderungsmaßnahmen durch Planung, Stallmanagement und Technik

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Planung:Beispielsweise größere Abstände zur Wohnbebauung vorsehen und Lage in Hauptwindrichtung meiden.

Stallmanagement:Beispielsweise Bodengestaltung ändern, Flüssig- anstelle von Trockenfütterung, Zusatzstoffe im Futter, Additive in der Gülle, Lüftung (Trocknung) und die damit verbundene Senkung der Wasseraktivität (z.B. in Kot, Einstreu, Staub).



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Technik:


Die wichtigsten drei Anlagentechniken:

• Biofilter

• Rieselbettfilter (trickle-bed reactor, scrubber)

• Drei Stufen System (Wasser/Säure/Biofilter)

Minderungsmaßnahmen durch Planung,Stallmanagement und Technik

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BiofilterOrganisches Filtermaterial (z. B. Stroh, Holzspäne).Vorrangig Geruchsminderung. Weniger effizient für Ammoniak (Versalzung).

Rohgas

Reingas


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RieselbettfilterSynthetisches Filtermaterial (mit Biofilm) Abluft gegen den Waschwasserstrom.Empfohlen für Staub und Ammoniak.

Trickle-bed

Clean gas

Waschwasser

Säurel

Abwasser

Raw gas


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Synthetisches Filtermaterial (mit Biofilm) Becken mit Aktivschlamm (Bakterien)Empfohlen für Geruch, Staub und Ammoniak

Raw gas

Clean gasWet filter(1st Step)

Chemowasher(2nd Step)

Biofilter(3rd Step)

Drei-Stufen-Wäscher (Wasser/Säure/Filter)

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Rückhalteeffizienz von zwei ARA-Typen für Bioaerosole (n=10) an zwei Mastschweineställen

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Beispiel für Reduktionseffizienzen einer dreistufigen Abluftreinigungsanlage für luftgetragene mesophile Bakterien während „ordnungsgemäßem“ und gestörtem Betrieb.


Zusammenfassung

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- Stallluft enthält Verunreinigungen an denen Tiere und im Stall arbeitende Menschen erkranken können

- Diese Verunreinigungen können über die Stallabluft in die Außenluft gelangen

- An der Außenluft werden die Verunreinigungen stark verdünnt- Bakterien können in der stallnahen Umgebung in Einzelsituationen

oder auch im Mittel Anwohner erreichen- Dabei handelt es sich i.d.R. nicht um primäre Infektionserreger für den

Menschen (bekannt sind lediglich Infektionen durch Coxiellen beiKlauentieren)

Zusammenfassung

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- Die Konsequenzen bakterieller Immissionen (Deposition) sind weitgehend unklar und sollten aufgrund des möglichen Austrages resistenter potentieller Erreger weiter untersucht werden

- Abluftreinigungsmaßnahmen können Keimemissionen deutlich reduzieren

- Der ordnungsgemäße Betriebszustand muss eingehalten und sollte überwacht werden

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Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

Überblick zu aktuellen erkenntnissen zu bioaerosolen in

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