A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME 6.3 1.7 Az állattartásból származó emissziók és immissziók védekezés és méréstechnika Tárgyszavak: méréstechnika; kibocsátás; állat; mezőgazdaság; szaganyag;emisszió; imisszió; védekezés. Az állattartás kibocsátásainak problémaköre A haszonállatok istállóiból kiáramló levegőszennyezés komponensei gázok (ammónia, metán) és szaganyagokon kívül különféle egészségre káros mikroorganizmusok, amelyek az érintett személyeknél allergiát, halmozott légúti panaszokat okoznak. Az istállói bioaeroszolok (mikroorganizmusok), endotoxinok ártalmainak munkaegészségügyi elismerése mellett, maguknak a hatásoknak részletei és kialakulásuk feltételei még nincsenek kellően feltárva. Ugyancsak tisztázandók az istállókból származó emissziók és távolsági immissziók mennyiségi kérdései. A mezőgazdaság, azon belül elsősorban az állattartó gazdaságok által kibocsátott bioaeroszolok problematikájáról ezideig inkább csak általános ismertetések, legfeljebb tájékoztató eredmények láttak napvilágot. Ezért megalapozott vizsgálatot igényel jelentőségük megítélése, valamint a bioaeroszol-emisszók mérésére és csökkentésére alkalmas módszerek kifejlesztése, ill. kipróbálása is. Többszintű német vizsgálati program A Németország Észak-Rajna-Vesztfália tartományának környezetügyi hivatala, az illetékes tartományi minisztériummal együttműködve, 2004-ben elindította az állattartó üzemek istállólevegőjének egészségre kifejtett hatása című, öt évesre tervezett vizsgálati programot, célul tűzve ki
a méréstechnika és az elemzési módszerek optimálását, az üzemek környezetében élők expozíciójának meghatározását, epidemiológiai vizsgálatok keretében az expozíció és az egészségi ártalmak közötti összefüggések felállítását, végül az eredmények gyakorlatba való átültetésének kidolgozását. A projekt első szakaszának feladata a bioaeroszolok emissziós és imissziós koncentrációinak, vagyis közvetlen és távolabbi hatásainak mérése volt. Mindkét méréssorozathoz nagy sertéstartó gazdaságok szennylevegőjét választották. Emissziómérések Szakirodalmi közlemények szerint (2001, 2004) ún. biológiai szűrők sikeresnek bizonyultak sertéshizlaldák és komposztáló üzemek bioaeroszol-kibocsátásainak megkötéses csökkentésére. A szűrés hatékonyságát egy 1080-as állományú sertéstartó üzemben, a szűrőre áramló és az alóla távozó szennylevegő jellemző koncentrációniak összehasonlításával, azaz ártalmas emissziók mérésével vizsgálták. Az ólépítmény kilenc részből, mindegyikben nyolc, 15 állat számára kialakított rekeszből áll. Az állatokat 25-ről kb. 110 kg-os súlyig hizlalják. A sertések fölül elszívott szennylevegő nyomáskamrán át az adott ólrészhez tartozó bioszűrőszakaszra jut. Az egyes szakaszok felülete 46 m 2, szórómagasságuk 0,5 m. Minden résznek külön szabályozható ventilátora van. További üzemi adatok: elszívás: maximálisan (nyáron) állatonként 100 m 3 /h, a szűrő térfogati terhelése: 262 m 3 /h m 3, a szűrő anyaga: a komposztálás előtt szitán maradt anyag. A haszonállatok óljaira jellemző légszennyező komponensek: endotoxinok, Staphylococcus aureus és Enterococcus faecalis de ezek mérésén kívül a vizsgálati program kiterjedt a Bioaeroszolok emissziós források és csökkentő eljárások című, 4255 sz. VDI-irányelvtervezetben a plauzibilitásvizsgálat és minőségbiztosítás okán előírt öszszegparaméterek: baktériumszám 37 ºC-on és gombaszám 25 ºC-on meghatározására is.
Szabványos mintavételi műszer hiányában a kézi pormérés áramló gázban, csekély portartalom gravimetriás mérése síkszűrős készülékek c. 2066. sz. VDI-irányelv szerint jártak el, azzal a módosítással, hogy az áramlási profil meghatározása céljából a nyersgázban Prandtl-féle torlasztócsövet, a tisztított (szűrt) gázban szárnykerekűs szélmérőt (anemométert) használtak. Izokinetikus mintavételről az áramlási feltételek számításával és a megfelelő szonda kiválasztásával gondoskodtak. A ventilátorok által a szűrőágyra függőlegesen lefelé hajtott szennylevegő szabad áramlási szakasza a szűrő előtt és alatt kb. 1-1 m volt. A nyersgáz-mérőnyílásokat a nyomókamra ellenőrző csapóajtajában helyezték el. A tisztított gázt a szűrőre borított burában fogták fel és 1,5 m hosszú, 0,15 m átmérőjű, fűtött kéményben vezették el. A mintavételek számára reprezentatív részfelület kijelölése céljából először meghatározták a bioszűrőn az áramlás eloszlását. A kémény egyik szintjén (bemenet: 1 m, kimenet: 0,5) vették a gázmintákat, egy másik nyílásnál az áramlás feltételeit határozták meg. A mintavétel időtartama baktériumokra 10, gombákra 20, endotoxinokra 15 perc volt. A baktériumokat és gombákat polikarbonát szűrőn, az endotoxinokat ugyancsak steril, pirogén- és kötőanyagmentes boroszilikát üvegszűrőn (mindegyik 37 mm átmérőjű) gyűjtötték össze. A szűrőről levett baktériumokat fiziológiás sóoldatban hűtve, a gombákat és endotoxinokat egyszerűen, hűtés nélkül tárolták. A minták elemzése A polikarbonát szűrőkről leválasztott baktériumokból először törzsszuszpenziót, abból pedig felületaktív anyagot tartalmazó, 0,9%-os NaCl-oldattal tízszeres hígítású sorozatot készítettek. Az utóbbi meghatározott térfogatát különböző táptalajokhoz adták, a megfelelő mikrobiológiai vizsgálat céljából az összgombaszám-meghatározás eredményének a DG-18 jelű agarlemezeken két napos inkubálás alatt mért maximális csíraszámot tekintették, az összbaktériumszámra mindez érvényes, cikloheximides CASO-agárlemezek használatával, a Staphylococcusok szaporodását, a baktérium csíraszámot a törzsoldatból kivett térfogatban kétnapos inkubálás után, Baird- Parker féle agaron CFU-számlálással határozták meg,
az Enterococcusok meghatározása a Staphylococcusokéra megadott feltételekkel, de Slanetz-Bartley-agarlemezeken történt, az endotoxinokat tartalmazó szűrőt pirogénmentes vízbe merítették, és a szuszpenzió endotoxin-koncentrációját a német Szakszervezetek Munkavédelmi Intézetében (BGIA) kidolgozott, 1989- ben publikált módszer szerint határozták meg. Mikrobiológiai eredmények A kiválasztott paraméterek koncentrációját négy egymást követő napon a nyers gázból belépés előtt és a szűrőből kilépő tisztított gázból egyidejűleg vett három-három párhuzamos mintában határozták meg (1. táblázat). 1. táblázat Koncentrációk a nyers és a tisztított (szűrt) gázban (négy mérésnap adatai) Paraméter Nyers gáz Tisztított gáz Endotoxinok 3), EU/m 3 205 4 948 2 847 1 645 Összes baktériumok, CFU 4) /m 3 ) medián 1 szélső értékek 2) medián szélső értékek 1 722 690 297 000 662 000 211 000 Enterococcusok, 234 464 CFU/m 3 16 100 14 700 9 890 Staphylococcusok, 7 078 CFU/m 3 4 080 8 300 1 520 Összes gombaszám, 567 CFU/m 3 165 292 159 161 248 3831 7146 1503 4730 1117 2932 872 147 2 150 662 212 000 2 700 000 537 000 718 000 46 300 313 000 120 320 310 925 16 100 137 000 10 100 17 500 2770 10 100 5933 10 925 3920 40 300 3850 12 600 713 3460 498 572 165 980 130 323 119 18000 1 128 63 36 2885 4230 4050 2750 592 181 158 245 361 181 336 123 75 129 176 5810 1 5 74 226 43 99 35 297 1343 4914 2210 17700 4030 5460 1480 6270 309 917 161 1310 25 219 31 287 166 451 55 1060 249 342 89 317 37 140 66 138 73 177 596 9790 1 gyakorisági középérték 3 EU = endotoxin egység 2 max.-min. 4 CFU = colony forming unit = kolóniaképző egység
A baktériumok és az endotoxinok koncentrációja a tisztított gázban mindig kisebb volt, mint a nyers gázban, csak a gombáké haladta meg a negyedik napon két esetben a nyersgáz-koncentrációt. Minden mérésnapra kiszámították a bioszűrő szakaszaira áramló szennygáztérfogatot, ezen értékek, az adott istállórészben levő állatok súlya és a napi mediánok ismeretében meghatározták a fajlagos emissziókat (1. ábra). A fajlagos baktérum- és gombakibocsátások a nyers és tisztított gázban mind a négy mérésnapon hasonló szinten voltak, de a fajlagos endotoxin-emissziókból az első napon két nagyságrenddel alacsonyabb értékeket mértek, mint a továbbiakban. CFU/h.állat 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 nyersgáz tisztított gáz összes baktériumok endotoxinok Enterococcusok Staphilicoccusok 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 mérésnap 1. ábra Az állati tömegre vonatkoztatott fajlagos emissziók Az eredmények arról tanúskodnak, hogy a biológiai szűrő visszatartja mind a mikroorganizmusokat, mind az endotoxinokat. A szűrő anyagában tehát megáll az istállókra jellemző mikroorganizmusok szaporodása, sőt mennyiségük több mint 90%-kal csökken. Ez alól az összgombaszám az említett kivétel, amelyhez hasonlóról régebbi nyersgázbioszűréses kísérletek eredményeit ismertető közlemények is beszámolnak. Mivel jelentős gombaemisszió csak szalmaalomból indul ki, másfelől csekély mennyiségű gombacsira a levegőben mindenütt jelen van, ez a paraméter nem alkalmas az ólemissziók jellemzésére.
A mért baktérium- és endotoxin-kibocsátások a várakozásnak megfelelő tartományba esnek. Az ugyanazon hivatal korábban lezárt vizsgálatainak eredményeitől való eltérések más mintavevő berendezés használatának tulajdoníthatók. Immissziómérések A vizsgálatok kiindulása ezúttal is nagyüzemi sertéstartó gazdaság volt, kb. 2000-es állatállománnyal. Irányadó koncentrációként részben az idézett VDI-irányelvet követve, az összbaktériumszámot 37 ºC-on, ezon belül a Staphylococcusokét, az összgombaszámot 25 ºC-on, az endoxinokat, valamint az össz-sejtszámot mérték, négy napos, öt paralleles mintavétellel, 50, 75, 100 és 200 méternyire, szélirányban, valamint a háttérkoncentrációkat az ólak szélnek kitett oldalán; mindenütt egy időben, különböző mérőmódszerekkel (2. táblázat). Az immissziómérésekben alkalmazott módszerek Paraméter Szűrő Mérőmódszer Időtartam, min Összbaktériumszám Staphylococcusok Összgombaszám Endotoxinok Összsejtszám zselatin zselatin zselatin zselatin polikarbonát közvetlen közvetlen VDI 4252/4253 BGIA 9450 munkalap Camea festmőmódszer 10 10 30 30 30 2. táblázat Kimutatási határ 2 CFU/m 3 2 CFU/m 3 3 CFU/m 3 0,05 EU/m 3 10 sejt/m 3 CFU = colony farming unit = kolóniaképző egység: EU = endotoxin-egység Eredmények, értelmezés Az objektum szélárnyékában (azaz a szennylevegő áramának csóvájában ) mért összgombaszám és az endotoxin-koncentráció kevéssé különbözik a szennyezetlen háttérértéktől. A baktériumszámok jóval
meghaladják a szennyezetlen értéket, de a különböző távolsági adatok eltérései csekélyek (3. táblázat). Immissziós koncentrációk sertéshízlalda óljainál, négy napi méréssorozatok középértékei 3. táblázat Paraméter Háttér- A méréspont távolsága szélárnyékban, m koncentráció 50 75 100 200 Összbaktérumszám Staphylococcusok Összgombaszám Endotoxinok Összsejtszám 37 4 339 0,30 2428 189 62 275 0,24 2476 190 78 306 0,17 2428 121 52 249 0,17 1238 105 12 331 0,10 1904 Feltűnőek viszont az immissziós koncentrációk egy napon belüli nagyságrendnyi különbségei, ami nem egyszerű koncentrációingadozás, hanem azzal magyarázható, hogy a mérés tengelye nem esett egybe a szennygázáram irányával. A bioaeroszolok legnagyobb koncentrációját az emisszió súlypontjából 50 75 m távolságban mérték, de még attól 200 m-re is találtak a háttérből kiemelkedő baktériumszámokat. Különösen a Staphylococcusok száma bizonyult a biogén immisszós terhelés jelzésére alkalmas adatnak. A hatótávolság kiszámításához (2. ábra) a 4251 sz. VDI-irányelv útmutatása szerint eljárva a feladatra alkalmazott Y = 174,54 e -0,0016x (1) exponenciális egyenletben Y = C H +2δ H (2) ahol: C H = 37, δ H = 26 a korrelációs együttható értéke az összbaktériumszámra R 2 = 0,92
CFU/m 3 200 150 100 50 összes baktériumok kiegyenlítő exponenciális függvény y = 174,54e -0,0016x R 2 = 0,9175 0 0 200 400 600 800 1000 1200 az emisszió súlypontjától mért távolság, m 2. ábra Az immissziós távolság meghatározása a 4251. sz. VDI-irányelv alapján Az (1) egyenletből az idézett irányelvben közölt számadatokkal megoldva az következik, hogy az összes baktériumszámra az adott objektumok rendszerében érvényes immissziós hatótávolság 420 m. A többi immissziós paraméterre a hatótávolság VDI-irányelv szerinti meghatározása nem bizonyult ésszerűnek. Az eredmények arról tanúskodnak, hogy az alkalmazott módszerekkel le lehet írni immisszióval előidézett állapotokat, ami a program folytatására és nagyobb koncentrációjú évszakokra való kiterjesztésére ösztönzi a kezdeményező német tartományi szerveket. A vizsgálatok további tervezett bővítése baromfiüzemekből kiinduló immissziós terhelésre irányul. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Köllner, B.; Heller, D.: Bioaerosole aus Tierhaltungsanlagen aktuelle Untersuchungen in NRW = Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 65. k. 9. sz. 2005. p. 374 376. Geburek, F.; Schilling, B. stb.: Bioaerosolemission aus einem Biofilter an einer Schweinemastanlage. = Gefahrstoffe Reinhaltung der Luft, 65. k. 9. sz. 2005. p. 377 381.