La produzione di energia da fonti rinnovabili rende sempre più i nteressante il ricorso allo sfruttamento delle biomasse e dei reflui zootecnici

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1 Digestione anaerobica: opportunità per l agricoltura e per l ambiente Anaerobic digestion: opportunities for agriculture and environment 24 e 25 gennaio 2008 Grand Hotel Villa Torretta Via Milanese, Milano Sesto San Giovanni (MI) Sessione 2 UTILIZZO AGRONOMICO DEL DIGESTATO Session 2 AGRONOMIC UTILIZATION OF DIGESTED MANURES Sanità animale e digestione anaerobica degli effluenti di allevamento Cesare Bonacina Direttore sanitario Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell Emilia Romagna, Brescia La produzione di energia da fonti rinnovabili rende sempre più i nteressante il ricorso allo sfruttamento delle biomasse e dei reflui zootecnici Tra le soluzioni proposte la produzione di biogas: da risposta alla esigenza di un trattamento ecologicamente compatibile può rappresentare una integrazione reddituale sempre più probabili con il costante aumento di costo delle fonti energetiche tradizionali Gli aspetti di tutela della salute pubblica e della sanità animale rappresentano comunque uno dei vincoli per tali processi La tutela dell accreditamento degli allevamenti rispetto alle malattie della lista OIE costituisco una premessa alla libera circolazione dei prodotti La difesa dalle malattie infettive diffusive è presupposto alla redditività delle pratiche di allevamento 1

2 gli ultimi e più recenti episodi di diffusione di gravi malattie infettive nei sistemi zootecnici del nostro Paese e della nostra Regione in particolare vedono nella gestione dei reflui una degli aspetti epidemiologici più rilevanti influenza mvs Riferimenti normativi: Regolamento del Parlamento europeo e Consiglio Ue 1774/2002/Ce (Norme sanitarie relative ai sottoprodotti di origine animale non destinati al consumo umano Valutazione dei rischi Parere del gruppo di esperti scientifici sui pericoli biologici dell EFSA, in merito alla sicurezza rispetto al rischio biologico del processo di fermentazione mesofilica per il trattamento dei sottoprodotti di origine animale (ABP) per la produzione di biogas e compost adottato l 8 marzo

3 Definizioni: "stallatico": gli escrementi e/o l'urina di animali di allevamento, con o senza lettiera, o il guano non trattati oppure trattati conformemente al capitolo III dell'allegato VIII o altrimenti trasformati in un impianto di produzione di biogas o in un impianto di compostaggio Nella fase di categorizzazione, dei materiali, all Articolo 5, il regolamento inserisce lo stallatico e il contenuto del tubo digerente nei materiali di categoria 2 Destinazione: i materiali di categoria 2 possono essere: eliminati direttamente come rifiuti mediante incenerimento trasformati in un impianto di trasformazione riconosciuto se si tratta di stallatico, qualora l'autorità competente ritenga che non presentino rischi di diffusione di malattie trasmissibili gravi: i) sono utilizzati senza trasformazione come materie prime in un impianto di produzione di biogas riconosciuti ai sensi art 15 ii) sono utilizzati sui terreni iii) sono trasformati in un impianto di produzione di biogas 3

4 il Riconoscimento degli impianti di produzione di biogas Prevede: requisiti strutturali specifici (punto A) requisiti d igiene ( punto B), norme di trasformazione (punto C) conformità dei residui della digestione alle norme microbiologiche (punto D). Punto A Requisiti specifici per il riconoscimento degli impianti di produzione di biogas e degli impianti di compostaggio controllo dell'andamento della temperatura nel tempo; attrezzature adeguate per la pulizia e la disinfezione dei veicoli e contenitori in uscita dall'impianto di produzione di biogas Se l'impianto di produzione di biogas è situato in un'area in cui vengono tenuti animali di allevamento e non utilizza soltanto stallatico prodotto da tali animali, l'impianto deve essere situato a una distanza adeguata dalla zona in cui sono tenuti gli animali e, in ogni caso, vi deve essere una totale separazione fisica tra l'impianto, da un lato, e gli animali, il mangime e le lettiere, dall'altro, prevedendo se necessario recinzioni. 4

5 Punto B Requisiti di igiene solo i materiali di categoria 2 che sono stati sottoposti a un metodo di trasformazione e lo stallatico, il contenuto del tubo digerente separato da quest'ultimo, il latte e il colostro possono essere trasformati in un impianto di produzione di biogas Punto C Norme di trasformazione b) temperatura minima di tutto il materiale nell'unità: 70 C; c) durata minima di permanenza ininterrotta nell'unità: 60 minuti. L'autorità competente può comunque autorizzare l'impiego di altri parametri di trasformazione standardizzati, purché il richiedente dimostri che tali parametri assicurano la riduzione al minimo dei rischi biologici. a) individuazione e analisi dei rischi possibili b) una valutazione di rischio c) convalida del processo previsto mediante una misurazione della riduzione della vitalità/infettività 5

6 Ove lo stallatico, il contenuto del tubo digerente separato da quest'ultimo, il latte e il colostro siano i soli materiali di origine animale trattati in un impianto di produzione di biogas o in un impianto di compostaggio, l'autorità competente può autorizzare l'applicazione di requisiti specifici diversi da quelli stabiliti in questo capitolo se: a) non ritiene che detti materiali presentino rischi di diffusione di malattie trasmissibili gravi e b) ritiene che i residui o il compost siano materiale non trasformato. Punto D Caratteristiche microbiologiche dei residui di digestione campioni rappresentativi dei residui di digestione Escherichia coli: n = 5, c = 1, m = 1.000, M = in 1 g; oppure Enterococcaceae: n = 5, c = 1, m = 1.000, M = in 1 g; e isalmonella: assenza in 25 g: n = 5; c = 0; m = 0; M = 0 6

7 Immissione sul mercato di stallatico trasformato e prodotti trasformati a base di stallatico a) devono provenire da un impianto tecnico o da un impianto di produzione di biogas b) devono essere stati sottoposti a trattamento termico ad almeno 70 C per almeno 60 minuti e a un trattamento di riduzione della sporulazione e della tossinogenesi; c) Sia stati utilizzati parametri diversi autorizzati per cui è stata dimostrata la riduzione al minimo dei rischi biologici d)campioni rappresentativi devono rispettare le norme seguenti: Escherichia coli: n = 5, c = 5, m= 0, M= in 1 g; ovvero Enterococcaceae: n = 5, c = 5, m = 0, M = in 1 g; Salmonella: assenza in 25 g: n = 5; c = 0; m = 0; M = 0 e) devono essere conservati in modo tale da ridurre al minimo la contaminazione Immissione sul mercato di stallatico trasformato e prodotti trasformati a base di stallatico d) campioni rappresentativi devono rispettare le norme seguenti: Escherichia coli: n = 5, c = 5, m= 0, M= in 1 g; ovvero Enterococcaceae: n = 5, c = 5, m = 0, M = in 1 g; Salmonella: assenza in 25 g: n = 5; c = 0; m = 0; M = 0 e) devono essere conservati in modo tale da ridurre al minimo la contaminazione Lo stallatico trasformato e i prodotti trasformati a base di stallatico non conformi ai requisiti di cui sopra devono essere considerati come non trasformati 7

8 Requisiti applicabili allo stallatico, allo stallatico non trasformato destinato agli scambi provenire da una zona non soggetta a restrizioni a causa di una malattia trasmissibile grave destinato ad essere trasformato in un impianto tecnico o in un impianto di produzione di biogas destinato all'utilizzazione in un'azienda. tener conto, in particolare, dell'origine dello stallatico, della sua destinazione e di considerazioni inerenti alla salute e alla sicurezza degli animali accompagnato da un certificato sanitario Condizioni specifiche per lo stallatico proveniente da allevamenti di volatili da cortile : parametri di temperatura e di tempo diversi da quelli previsti sono autorizzati purché il richiedente dimostri che tale parametri assicurano la riduzione al minimo dei rischi biologici. Attraverso una convalida di un processo che garantisce: i) l individuazione e analisi dei rischi possibili, e una valutazione del rischio; ii) la convalida del processo previsto mediante una misurazione della riduzione della vitalità/infettività degli organismi indicatori iii) in grado di dimostrare : - nel caso dei processi termochimici una riduzione di almeno 5 log10 dell'enterococcus faecalis 3 log10 del titolo infettante dei virus termoresistenti come il parvovirus - nel caso del processi chimici anche una riduzione di almeno il 99,9 % (3 log10) dei parassiti resistenti, quali le uova di ascaris sp., in fase vitale; iv) elaborazione di un programma di controllo completo v) misure che garantiscano il controllo e la vigilanza continui dei parametri di processo 8

9 Su queste basi la Commissione ha richiesto il Parere del gruppo di esperti scientifici sui pericoli biologici dell EFSA, in merito alla sicurezza rispetto al rischio biologico del processo di fermentazione mesofilica per il trattamento dei sottoprodotti di origine animale (ABP) per la produzione di biogas e compost adottato l 8 marzo 2007 considerazione preliminare lo spandimento del letame non trattato sui terreni agricoli ne migliora la fertilità l utilizzo aziendale consente di minimizzare il rischio di diffusione di agenti patogeni a condizione che sia garantita: la corretta applicazione di una"buona pratica agricola la debita considerazione delle pertinenti informazioni epidemiologiche aziendale ed ambientale una efficace gestione, di focolai delle malattie infettive una corretta informazione sulla catena alimentare (es. la natura delle colture su cui è applicato il letame) la definizione degli aspetti epidemiologici interessanti un area geografica per lo scambio di letame tra Aziende agricole. 9

10 categorizzazione dei pericoli agenti zoonosici: comprendono batteri, parassiti, funghi virus. agenti patogeni degli animali: patogeni specifici (virali, batterici e parassitari), che presenti nello stallatico possono essere causa di malattie animali Tossine microbiche e altri metaboliti potenzialmente tossici Agente eziologico Salmonella E.Coli Yersinia spp. replicazione) Batteri: resistenza Batteri: resistenza ambientale ambientale Resistenza nelle feci > 77 giorni >10 settimane > 12 settimane (20 (20-22 C 22 C Streptococcus spp. 104 gg. a 0 C 10 gg. a 9 C 8 gg. a C 25 C Lawsonia intracellularis 2 settimane tra 5 e 15 C Clostridium spp. Spore (anni) Erhisipelotryx rushiopathiae 1-66 mesi per T < a 12 C Listeria monocytogenes mesi Brachyspira spp. 10 giorni nel terreno a 10 C 78 giorni in presenza di 10% di feci, 112 giorni nelle fef 10

11 FMDV Fattori che condizionano la resistenza Ceppo virale Temperatura Umidità ph Protezione (essicamento( essicamento) Alcuni esempi Paglia o fieno a C 20 settimane Lana e setole a C 4 settimane Urine Letame in inverno Suolo estate, autunno, inverno settimane 39 giorni 6 mesi 3 gg., 28 gg., 21 Virus di Aujeszky: : tempi di inattivazione in liquami suini a diverse temperature Temperatura ( C) Tempo di inattivazione 5 15 settimane 20 2 settimane 35 5 ore 40 2 ore minuti minuti minuti 11

12 Virus di Aujeszky: : tempi di inattivazione in diversi materiali Materiale (25 C) Tempo (gg) Controllo 58 Acqua di pozzo 7 Acqua clorata 2 Mangime pellettato 3 Metallo 18 Urina di suino 14 Feci 2 Muscolo suino (4 C) 19 VIRUS PESTE SUINA CLASSICA La stabilità del virus della PSC nell ambiente riveste grande importanza pratica E stato dimostrato che molti focolai di PSC sono stati causati dalla trasmissione INDIRETTA del virus RESISTENZA DEL VIRUS Gli enzimi proteolitici hanno solo un moderato effetto inattivante (envelope) I detergenti ed i solventi dei lipidi ne distruggono facilmente l infettività Radiazioni U.V. efficaci 12

13 VIRUS PESTE SUINA CLASSICA RESISTENZA AL CALORE Sangue defibrinato 30 min. a 68 C 45 min.a 67 C 60 min. a 63 C Siero in toto h. a 60 C 18 gg. a 37 C Insaccati grosse dimensioni 45 min. a C Insaccati piccole dimensioni 5 min. a C VIRUS PESTE SUINA CLASSICA RESISTENZA AL FREDDO Siero 3-6 mesi a 4 C (dipende dal titolo) Sangue 9 mesi a -20 C 14 mesi a -40 C molti anni a -80 C 13

14 Picornaviridae - Enterovirus RNA 1, nm sprovvisto di envelope molto resistente MVS MVS - RESISTENZA MVS Temperatura Preservato dalla refrigerazione e dal congelamento, inattivato a 56 C/1 ora. PH Stabile a grandi variazioni di ph (2 12). Disinfettanti inattivato dall idrossido di sodio (2%), idrossido di potassio (2%), glutaraldeide. Per la disinfezione del personale possono essere utilizzati agenti ossidanti, iodofori acidi, in combinazione con i detergenti. Sopravvivenza:Resistente alla fermentazione e all affumicamento. Può rimanere nel prosciutto per 180 gg, insaccati per >1 anno, e negli involucri intestinali trattati per > 2 anni. 14

15 MVS Fattori di rischio per la MVS: SVDV è estremamente resistente ai normali disinfettanti, è nota anche la sua resistenza nell ambiente (4 mesi nei liquami; fino a 6 mesi nelle porcilaie) Fattori di rischio per la diffusione e la persistenza del SVDV: Movimenti di suini fra aziende/ stalle di sosta Trasporto di suini in mezzi di trasporto contaminati ed impropriamente disinfettati Disinfettanti efficaci Idrossido di sodio al 2% Idrossido di potassio al 2% (consigliato per i liquami) MVS Glutaraldeide al 2% Formalina Virkon s alla diluizione 1/200 Formalina (automezzi e materiali metallici) I disinfettanti vanno utilizzati solo dopo avere eseguito una pulizia profoda degli ambienti e una prima disinfezione tramite calore (es( es: pulivapor) 15

16 Virus influenzali Il virus, in quanto provvisto di envelope, è poco resistente e viene rapidamente inattivato da alcool, calore (> 37 C), solventi organici e comuni disinfettanti Il virus può conservare la sua infettività per alcuni giorni, se mantenuto a 4 C in particolari condizioni (umidità e presenza di sostanze stabilizzanti) o per lungo tempo a -80 C Nell organismo animale infetto il ritmo di replicazione virale elevato bilancia la velocità di termoinattivazione DIFFUSIONE E RESISTENZA VIRALE: IL RUOLO DELLE ACQUE E DELLA STAGIONE Feci = 7 gg a 28 C 35 gg a 4 C Feci liquide = 105 gg in inverno Materiale organico = 11 gg a T ambiente Acqua dolce = 4 gg a 22 C 30 gg a 0 C Rapidamente inattivati da UV Virus influenzali Resistenti a ph 7, labili a ph basso a 56 C da 15 min. a 6 h, ma meno di 15 min. a 60 C Resistenti anni al congelamento Envelope lipidico = galleggiamento 16

17 Altro Rotavirus: : persiste nelle feci per diversi mesi a temperatura tra 4 e 20 C Virus Epatite A: 6 mesi nel liquame Parvovirus: : mantengono la loro infettività per mesi Virus epatite E: a temperatura di 60 C per 60 può mantenere un infettività di circa il 20%, mentre a 56 C per 60 persiste un infettività del 50%. Fattori rilevanti : la concentrazione iniziale di agenti causa di pericolo: alcuni agenti, ad esempio, i Virus in caso di infezioni, possono essere presenti anche a concentrazioni molto elevate negli escrementi o nei secreti anche in mancanza di manifestazioni cliniche. le deiezioni di animali senza segni clinici possono contenere elevate concentrazioni di patogeni per l uomo: Es. E. coli O157, Salmonella, L. monocyotogenes, Campylobacter e parassiti possibilita di moltiplicazione e /o di produzionedi tossine: Virus solitamente non sono in grado di moltiplicarsi Batteri e funghi sono in grado di sopravvivere e, a volte, si moltiplicano durante lo stoccaggio prime e dopo il trattamento o durante il processo 17

18 Presupposti per la riduzione durante lo stoccaggio o la trasformazione dei rischi Virus: inattivazione mediante trattamento termico con range di temperatura tra Per alcuni virus termostabili, sono necessarie temperature superiori a 70 C tutti i virus sono inattivati da un elevato ph (ph> 11), mentre sono note resistenze a valori bassi di ph anche a livelli da 2 a 3. Batteri non sporigeni inattivati dal riscaldamento con temperature di C. efficaci sono le variazioni del ph Batteri sporigeni Inattivazione a temperature superiori a 100 C Il rapporto Temperatura / tempo necessario dipende dal tipo di Organismi, il substrato in cui sono incorporati e il contenuto di umidità. Il calore a secco esige tempi più lunghi. Presupposti per la riduzione durante lo stoccaggio o la trasformazione dei rischi parassiti: le uova di elminti sono generalmente sensibili al calore con notevoli variazione tra le specie (Cryptosporidium parvum 2 min a 64,2 C, Giardia lamblia 10 minuti a 70 C) Diffuse son le resistenze al trattamentp con calce (ad esempio, uova ascaris) Tossine: Chiedono trattamenti specifici termici o chimici basati sull analisi del rischio 18

19 Presupposti per la riduzione durante lo stoccaggio o la trasformazione dei rischi Per il letame conservato a temperatura ambiente esistono dati contradditori che a fronte di una generale riduzione dei batteri patogeni riportano anche dati di sopravivenze molto lunghe nel liquame suino è stato segnalato un declino per la Salmonella typhimurium 2 log10 in 5 giorni, e 4 log10 Oltre 26 giorni) (Placha et al., 2001). nel letame e compost di bovini tra i 30 ei 40 C, E. Coli O157: H7 è sopravvissuto senza alcun calo a più di 8 giorni di trattamento (Hess et al., 2004) con una diminuzione di circa il 2 log10 a oltre 36 giorni (Jiang et al., 2003). in laboratorio il compostaggio di letame bovino a 25 C non ha permesso una riduzione di Salmonella Enteritidis e di E. coli O157: H7, durante i 4 giorni di trattamento. probabilmente sono necessarie diverse settimane per ridurre i batteri patogeni nel letame e coi dati oggi disponibili non è possibile valutare se trattamenti mesofilici del letame sono in grado di raggiungere la necessaria riduzione del rischio. Condizioni di processo nella produzione mesofilica di biogas condizioni strettamente anaerobiche intervalli di temperatura tra C valori di ph in generale tra il 7 e il 8,5, la discesa del ph di 6,8, ostacola il metabolismo dei batteri methanogenici e la capacità di generare il metano. generalmente sono in funzione sistemi che lavorano in ciclo semi-continuo in cui il di gestore viene alimentato una o più volte al giorno con uno scaricocontinuo quasi automatico è molto difficile un controllo dell avanzamento del substrato nel digestore e può succedere che una frazione del substrato lasci il digestore in modo molto rapido a volte dopo poche ore Una recente pubblicazione (Ade-Kappelmann et al., 2004) conferma che alcuni microrganismi (Bacillus globigiia) immessi in un digestore sia in condizioni pratiche che di laboratorio hanno raggiunto il punto di uscita da un minimo di 30 minuti, fino a tre giorni 19

20 Poiché la norma prevede una validazione dei processi laddove parametri di tempo e temperatura si discostino da quelli indicati dal Reg, l'efsa è stata invitata ad emettere un parere sulla sicurezza del processo mesophilico in generale. L EFSA ha confermato il proprio parere del 2005 ritenendo necessaria al fine della validazione almeno una riduzione del numero di batteri patogeni di almeno 5 log10 e di virus termo-resistente di almeno 3 log10 per il titolo di capacità infettiva e di almeno 3 log10 del numero di fasi vitali per i parassiti. Prove sperimentali hanno dimostrato che è possibile ottenere la riduzione della presenza di agenti patogeno durante il processo di digestione anaerobica. Le tabelle 1 e 2 forniscono alcuni esempi dei tempi necessari per una riduzione decimale di alcuni batteri e virus durante una fase di digestione anerobica mesofilica 20

21 OSSERVAZIONI tempo di processo incerto, a volte molto breve e non sufficiente, sia per reattori che operano in modalità continua che semi continua una prolungata esposizione ad un Processo di digestione anaerobica a temperature mesofile riduce la sopravvivenza di agenti patogeni pur non garantendo di produrre costantemente fanghi liberi da detti agenti (Carrington, 2001). Se i virus e i parassiti non si moltiplicano fuori dal loro ospite e pertanto il loro numero non aumenta durante lo stoccaggio o il trattamento ciò potrebbe non valere per molti batteri patogeni che in teoria potrebbero trovare durante un trattamento mesofilico condizioni di temperatura, di PH e substrati in grado di consentire la loro crescita numerica Tuttavia, nel caso di trattamento di solo stallatico molti lavori recenti hanno dimostrato una diminuzione del numero di batteri patogeni presenti nelle materie prime Strauch, 1991; Guan et al., 2003), per Salmonella nel letame suino (Placha et al., 2001), tossina Shiga-E.coli nel letame di bovini e Ovini (Kudva et al., 1998; Fukushima et al., 1999), E. coli O157 e Salmonella nel letame Bovino (Lung et al., 2001). 21

22 CONCLUSIONI GRUPPO ESPERTI EFSA il rischio di diffusione di agenti zoonosici o in grado trasmettere malattie infettive animali attraverso lo stallatico trattato può efficacemente essere controllato applicando i parametri di temperature e i tempi previsti dal Regolamento o da un processo validato In termini generali, non è possibile valutare la sicurezza di qualsiasi processo senza l'esatta definizione di parametri e la validazione dei dati. Secondo le pubblicazioni scientifiche i processi mesofili di produzione di biogasnon possono diminuire sufficientemente il rischio biologico e non possono soddisfare i requisiti dell attuale regolamento, a meno che essi non siano cumulabili con altri trattamenti validati. Secondo le pubblicazioni scientifiche, batteri patogeni non aumentano di numero durante il trattamento mesofilico del letame,. Pertanto, lo spandimento per la fertilizzazione dei residui di impianti mesofilici di produzione di biogas in cui è utilizzato dello stallatico non aumenta i rischi biologici tipici dell uso del letame non trattato conclusioni Concludendo possiamo affermare che laddove il trattamento avvenga in impianti aziendali, l utilizzo dei reflui come fertilizzanti diminuisce il rischio biologico di diffusione di patologie infettive rispetto all utilizzo agronomico del letame tal quale. 22

23 conclusioni Laddove il trattamento avvenga in impianti cui confluiscono i liquami di più aziende è necessario prevede una gestione del rischio biologico di diffusione di agenti patogeni sia batterici che virali in linea con quanto previsto dal regolamento per lo stallatico non trasformato Garantire la sicurezza dei liquami in entrata e dei fanghi in uscita: sorveglianza epidemiologica delle zone certificazione degli allevamenti fornitori bonifica dei reflui in uscita con l applicazione di trattamenti fisici (temperature) o chimiche compatibili con l uso agronomico (variazioni del PH) di provata efficacia. 23

24 GRAZIE E LA PER L ATTENZIONE PAZIENZA 24