Über einen Zeitraum von zwei Jahren wurden vier sächsische Standorte beprobt und auf Bioaerosole analysiert. An jedem Standort wurden mindestens 12 Messtage im Zeitraum Mai bis Oktober realisiert. Untersucht wurden die Summenparameter Gesamtbakterienzahl, Gesamtpilzzahl und Endotoxine sowie die für Tierhaltungsanlagen festgelegten Leitparameter Staphylokokken spp., Enterokokken spp. und Staphylococcus aureus. Für Sachsen liegen damit erstmals hinreichend belastbare Daten über die Hintergrundkonzentration von für landwirtschaftliche Anlagen relevanten Bioaerosolen (VDI 4250 Bl. 3) vor. Mit diesen kann die Verfahrensweise im LAI-Bioaerosol-Leitfaden bezüglich der Einführung von Leitparametern bestätigt werden. Damit ist es möglich, im Rahmen von Genehmigungsverfahren die Hintergrundbelastung zu benennen.

Die Studie wendet sich an Tierhalter, die Probleme mit der Reduzierung von Gerüchen und Bioaerosolen beim Betrieb ihrer Anlagen haben sowie an Genehmigungsbehörden und Hersteller von Abluftreinigungsanlagen. Am Beispiel der Geflügelhaltung wurde die Übertragbarkeit von Erkenntnissen der industriellen Abgasreinigung auf Anlagen der Landwirtschaft geprüft. Es wird aufgezeigt, ob und welche Möglichkeiten bestehen, um eine deutliche Minderung von Bioaerosol- und Geruchsemissionen zu erreichen.

Es wurden erstmals die Größenverteilungen von Bioaerosolen, sowie deren tageszeitlicher Konzentrationsverlauf in der Emission von Anlagen zur Geflügelhaltung mittels standardisierter Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse richten sich im Rahmen von Genehmigungsverfahren an Anlagenbetreiber, Gutachter und Behörden. Sie legen nahe, dass zukünftig sowohl die Partikelgrößenverteilung, als auch die tageszeitlichen Emissionsschwankungen bei der Ausbreitungsrechnung von Bioaerosolen berücksichtigt werden sollten. Bezüglich der verwendeten Emissionsfaktoren wird eine Halbierung des Konventionswertes für Legehennen und Putenmast aufgezeigt, bezüglich des Größenklassenspektrums für Anlagen der Geflügelhaltung eine Aufteilung von 15 % PM 2,5; 25 % PM 10; und 60 % TSP. Redaktionsschluss: 31.01.2018

Die aerogene Übertragung von Infektionskrankheiten stellt ein sehr wichtiges Thema in der Medizin dar. Für genaue Untersuchungen dazu, sind geeignete Sammel- und Nachweismetho-den essentiell. Die Untersuchung verschiedener Sammelgeräte sowie unterschiedlicher Nach-weismethoden zur Virusquantifizierung aus der Luft war daher die zentrale Aufgabenstellung in dieser Arbeit. Als Sammelgeräte wurden der Impinger AGI 30 und der Gelatinefilter ausge-wählt. Alle grundlegenden Untersuchungen zur Ermittlung der Eignung und Effizienzen der Geräte bezüglich der Virusisolierung aus Luftproben wurden an experimentell erzeugten Virus-aerosolen durchgeführt. Dabei wurden zwei Geflügelviren verwendet, das Newcastle-Disease-Virus Stamm LaSota (NDV) und das Infektiöse-Bursitis-Virus Stamm Cu-1M (IBDV). Die quan-titative Bestimmung der Viren aus den Luftproben erfolgte durch Titration im Zellkultursystem bzw. in embryonierten Hühnereiern. Parallel dazu wurde eine Titerbestimmung mittels einer in dieser Arbeit etablierten quantitativen Real-Time-PCR durchgeführt. Zusätzlich wurden die Sammelgeräte unter praktischen Bedingungen getestet und verglichen. Dazu erfolgten lufthy-gienische Messungen nach Vakzinierung von Geflügel mit Lebendimpfstoffen (NDV LaSota und IBDV Cu-1M). Es wurden umfangreiche Untersuchungen unter experimentellen Beding¬ungen und später exemplarische Untersuchungen in konventionellen Geflügelhaltungen durch-geführt. Die Evaluierung der Sammelgeräte mit Hilfe der experimentell erzeugten Virusaerosole er-gab, dass mit beiden Geräten sowohl infektionsfähiges Virus als auch Virusgenom nachgewie-sen und quantifiziert werden kann. Die Effizienzen unterschieden sich jedoch z.T. deutlich. So stellte sich der Gelatinefilter zur Sammlung in Kombination mit dem quantitativen Virusnach-weis mittels Real-Time-PCR als die Methode mit der höchsten Virusnachweisrate (angegeben als geometrischer Mittelwert mit geometrischer Standardabweichung) von 22,3 % ×/ 3,1 für NDV und 36,1 % ×/ 3,4 für IBDV heraus. Der Nachweis von infektionsfähigen Viren jedoch, war für beide Testkeime aus den Proben des Impingers erfolgreicher (NDV 4,0 % ×/ 1,7 und IBDV 31,8 % ×/ 1,8). Die signifikant niedrigere Nachweisrate des Newcastle-Disease-Virus ist auf die höhere Empfindlichkeit dieses behüllten Virus beim Sammelprozess und daraus folgen-der Inaktivierung zurückzuführen. Die Quantifizierung mit Hilfe der Real-Time-PCR erfolgte mit Normalisierung aller Proben. Diese bisher zur Analyse von Luftproben noch nicht ange-wandte Methode erwies sich als sehr gut. Durch die Normalisierung werden nicht nur die ab-weichenden Effizienzen der Nukleinsäureisolierung sowie der reversen Transkription ausgegli-chen, sondern auch die unterschiedliche Inhibition der PCR der Proben verschiedener Luftkeimsammler. Damit sind die Proben untereinander besser vergleichbar und die Quantifi-zierung exakter. Erstmals wurden auch systematische Untersuchungen zu Geräteeffizienzen in Kombination mit verschiedenen Virusnachweismethoden durchgeführt. Bei den lufthygienischen Untersuchungen nach Vakzinierung von ca. 50 Hühnern gegen Newcastle Disease (ND) bzw. Infektiöse Bursitis (IBD) unter experimentellen Bedingungen, waren drei Luftproben nach der Impfung gegen ND viruspositiv, jedoch keine nach der gegen IBD. Diese positiven Nachweise gelangen mit dem Gelatinefilter und nachfolgender Analyse mittels quantitativer Real-Time-PCR. Schlussfolgernd ist zumindest bei dem NDV eine aeroge-ne Ausscheidung des Impfvirus anzunehmen. Wahrscheinlich liegt die Viruskonzentration in der Luft jedoch meist unter der Nachweisgrenze der eingesetzten Geräte. Auch die Auswertung von Luftproben nach Vakzinierung gegen oben genannte Krankheiten in konventionellen Tierhal-tungen mit mehreren Tausend Tieren Besatz pro Stall führte zu keinen viruspositiven Ergebnis-sen. Anscheinend wurden die Viren auch trotz der großen Tierzahl in der Luft so stark verdünnt oder in so geringem Maße ausgeschieden, dass sie mit den in dieser Arbeit entnommenen Luft-probenvolumina von 1000 l nicht detektiert werden konnten. Für weiterführende Untersuchun-gen müsste daher ein Sammelgerät verwandt werden, mit welchem schnell große Probenvolu-mina entnommen werden können und das Endvolumen der Probenflüssigkeit dennoch gering ist, um die luftgetragenen Viren optimal zu konzentrieren. Schlussfolgernd erwies sich die Filtration in Kombination mit der normalisierten quantitati-ven Real-Time-PCR dennoch insgesamt als eine sehr valide und praktikable Methode zum Nachweis luftgetragener Viren aus Tierhaltungen.

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Los alojamientos ganaderos son una fuente importante de material particulado (“particulate matter”, PM) y bioaerosoles. Estas sustancias tienen un efecto perjudicial tanto para la salud humana y animal como para el medio ambiente. Para reducir los niveles de PM y bioaerosoles en alojamientos ganaderos es necesario conocer el origen de los mismos y los factores que afectan a su generación y suspensión en el aire. Esta Tesis Doctoral aborda aspectos relacionados con la concentración, origen y propiedades físicas, químicas y biológicas del PM en el aire de granjas de conejos y aves, su relación con los bioaerosoles patógenos y técnicas para reducirlos. Este trabajo pretende contribuir a paliar los efectos negativos de estas sustancias tanto en el interior de los alojamientos ganaderos como en el exterior. Los objetivos específicos planteados en la presente Tesis Doctoral fueron: i). caracterizar la morfología y la composición química del PM de distintos tamaños así como la concentración de bacterias en el aire de granjas de conejos, ii). cuantificar la concentración y emisión del PM de distintos tamaños en el aire e identificar las principales actividades que contribuyen a la generación del PM en granjas de conejos, iii). evaluar la distribución espacial de bacterias aerobias mesófilas en el aire durante un ciclo de producción de broilers y examinar su relación con la concentración y evolución del PM, iv). evaluar y comparar diferentes técnicas para muestrear y detectar el patógeno Salmonella spp. en el aire de granjas de broilers y v). evaluar la aplicación de desinfectantes en el aire como medida de reducción de los bioaerosoles en granjas de gallinas ponedoras con especial atención al patógeno Mycoplasma gallisepticum. Los resultados de esta Tesis indican que en los alojamientos avícolas y cunícolas se generan y emiten cantidades importantes de PM y bioaerosoles, por encima de los valores límite de exposición que marca la Directiva 2008/50/CE relativa a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en Europa, sobre todo en granjas de aves. Estas sustancias deben ser controladas y reducidas para proteger el medio ambiente, la salud y bienestar de las personas y animales. En alojamientos cunícolas, el PM mostró una morfología y composición química compleja, siendo las partículas irregulares y angulosas, ricas en S, Ca, Mg, Na y Cl, las más abundantes. La concentración de bacterias aerobias mesófilas en el aire por metro cúbico varió entre 3,1x103 y 1,6x106 unidades formadoras de colonia (UFC). Las principales fuentes generadoras de PM fueron la piel, el pienso y las heces provenientes de las actividades de limpieza de la nave, sobre todo de barrer y de los propios animales. La concentración media de PM10 (partículas de 10 μm de diámetro o inferior) fue 0,08±0,06 mg/m3 para conejos de cebo y 0,05±0,06 mg/m3 para conejas y la concentración media de PM2,5 (partículas de 2,5 μm de diámetro o inferior) fue 0,01±0,02 mg/m3 para conejos de cebo y 0,01±0,04 mg/m3 para conejas. Las emisiones variaron entre 6 y 15 mg/plaza/día para PM10 y entre 0,2 y 3,0 mg/plaza/día para PM2,5. En alojamientos de broilers, la concentración de bacterias varió entre 3,0 y 6,5 log UFC/m3. La mayoría de bacterias se asociaron con partículas entre 3,3 y más de 7,0 μm de diámetro obteniéndose una correlación positiva entre las concentraciones de PM10 y PM2,5 y las de bacterias. Respecto a la detección de patógenos en el aire, no se detectó Salmonella spp. cultivable en una explotación de broilers infectados experimentalmente mediante el uso de borboteadores de aire y técnicas de cultivo tradicional. No obstante, se detectó este patógeno en el aire mediante impactación y técnicas moleculares. Por lo tanto, no se recomienda el uso de borboteadores y técnicas de cultivo para la detección y/o cuantificación de Salmonella spp. cultivable en el aire. En alojamientos de gallinas, la concentración media de PM10 fue 0,55±0,38 mg/m3 y 0,02±0,03 mg/m3 para PM2,5. La concentración de bacterias varió entre 4,1 y 5,7 log UFC/m3. La aplicación de un desinfectante químico de amplio espectro en el aire no fue efectiva ni para reducir los niveles de bacterias aerobias mesófilas en el aire ni de Mycoplasma spp. Es necesario estudiar diferentes productos, dosis o técnicas de aplicación. En su conjunto, los resultados presentados en esta Tesis Doctoral proporcionan una información útil sobre el PM y los bioaerosoles en el aire de alojamientos ganaderos, que permitirá diseñar e implementar medidas de reducción prácticas y eficaces que mejoren la calidad del aire en los alojamientos ganaderos y reduzcan su emisión al exterior. / Adell Sales, E. (2014). Material particulado y bioaerosoles en el aire de granjas de aves y conejos: cuantificación, caracterización y medidas de reducción [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/44231 / TESIS

<p>Evidence exists for the airborne transmission of contagious pathogens such as SARS-CoV-2, influenza A virus and <i>Mycobacterium</i> <i>tuberculosis</i> in indoor environments. These pathogens are carried in the respiratory droplets and transmitted through airborne route to infect individuals. An important element in risk assessment for pathogenic bioaerosol exposure is a determination of the inhaled deposited dose rate – the number of deposited pathogenic particles per minute – received by each respiratory region and the fractional reduction of dose rate by different material facemasks. This paper presents an aerosol physics-based modeling framework to estimate the fractional reduction of regional dose rate in diverse indoor healthcare environments. The fractional reduction of dose rate is a useful metric to evaluate the facemask effectiveness in reducing the inhaled dose rate. Data extraction of pathogenic bioaerosol size distributions and size-dependent facemask filtration efficiency curve combined with deposition fraction model become the baseline to calculate the fractional reduction of dose rate by 10 different facemasks. Facemask leakage is also considered for the realistic representation of its impact on reduction fraction as current studies focus on mask material filtration efficiency. This analysis considers how the fractional reduction of dose rate is influenced by the pathogenic bioaerosol size distribution, age-dependent respiratory parameters, age-specific deposition fraction, facemask filtration efficiency and mask leakage. Different factors drove variations in the reduction fraction of various sized-pathogenic bioaerosols received by each respiratory region for each age group. This framework can be a useful tool for decision-makers in evaluating the mask’s effectiveness in reducing deposition of pathogenic bioaerosols.</p>

Mit Vorliegen von Emissionsfaktoren in der VDI 4255 Blatt 3/4 wird es möglich, Ausbreitungsrechnungen für Geflügel- und Schweinehaltungsanlagen durchzuführen. In der Richtlinie VDI 4255 Blatt 3 sind Konventionswerte für Emissionsfaktoren für die Leitparameter Staphylokokken und Enterokokken für die Geflügelhaltung festgelegt; gleiches enthält die Richtlinie VDI 4255 Blatt 4 für Anlagen der Schweinehaltung. In der vorliegenden Untersuchung werden exemplarisch für im Rahmen von Genehmigungsverfahren typische Tierhaltungsanlagen in Sachsen (drei Schweinehaltungsanlagen, sechs Geflügelhaltungsanlagen) nummerische Ausbreitungsrechnungen für die anlagenspezifischen Leitparameter Staphylokokken und Enterokokken durchgeführt.

Cette étude porte sur l'identification et la dispersion des bioaérosols générés sur les plates-formes de compostage et plus précisément lors du retournement des andains en cours de fermentation. L'analyse des bioaérosols émis sur cinq plates-formes par des inventaires moléculaires (ADNr 16S et ADNr 18S) a permis de montrer la dominance de deux phyla bactériens Firmicutes et Actinobacteria et du phylum fongique Ascomycota. En comparant la structure de la population microbienne des cinq bioaérosols, une signature a été identifiée. Dix phylotypes microbiens sont communs à au moins quatre bioaérosols. Deux sont présents dans les cinq bioaérosols : NA07 appartenant à l'espèce Saccharopolyspora rectivirgula et représentant 7% des séquences bactériennes totales et EQ07 affiliée à Thermomyces (49% des séquences fongiques). Un second phylotype bactérien, NC38, affilié à la famille des Thermoactinomycetaceae a été sélectionné du fait q u'il n'ait été identifié que dans le compost. Des systèmes de PCRq ont été développés pour quantifier ces trois indicateurs potentiels. Ces derniers ont été validés expérimentalement par des mesures sur sites industriels. La dispersion des bioaérosols a ensuite été caractérisée en utilisant plusieurs méthodologies, dont les trois indicateurs conçus et une technique d'empreinte moléculaire, la SSCP. Lors d'une activité de retournement, la concentration des indicateurs est supérieure à leur niveau basal dans l'air (bruit de fond). Les indicateurs présentent des profils de dispersion différents d'où l'intérêt de les coupler afin d'obtenir une meilleure vision de la dispersion des bioaérosols de compostage. / The aim of this work was to analyze the diversity and the dispersal of composting bioaerosol emitted during the turning of compost windrows in thermophilic phase on composting platforms. The study of the microbial diversity of aerosols emitted on five composting plants was realized by 16S and 18S rDNA molecular inventories. Two bacterial phyla Firmicutes and Actinobacteria and one fungal phylum Ascomycota dominated. A common microbial signature emerged from the five composting bioaerosols: ten microbial phylotypes (seven bacterial and three fungal) were common to at least four bioaerosols. Two have been identified in five bioaerosols: NA07 belonging to the species Saccharopolyspora rectivirgula, and representing 7% of total number of bacterial sequences, and EQ05,affiliated to Thermomyces (49% of total number of fungal sequences). A second bacterial phylotype, NC38, affiliated to the Thermoactinomycetaceae family, was selected because it was id entified only in the environmental source compost'. qPCR systems were then designed for each phylotype. Measurements performed on industrial composting sites validated the use of these microorganisms as indicators of composting bioaerosols. The dispersal of composting bioaerosols was then characterized using the three indicators developed and a fingerprint technique, the SSCP.

The main objective of this research was to exploit the interrelations between the rheological behavior and nano-microstructure of complex fluids in solving two state-of-the-art problems, one in the field of biomedical engineering: controlling the amount and characteristics of bioaerosol droplets generated during coughing, and the other in the bitumen-heavy oil industry: characterizing the nano-microstructure of asphaltene particles in bitumen and heavy oil from their rheological behavior. For the first problem, effect of viscoelastic and surface properties of artificial mucus simulant gels on the size distribution and amount of airborne bioaerosol droplets generated during simulated coughing were investigated. The results revealed that suppressing the generation of bioaerosol droplets and/or reducing the number of emitted droplets to a minimum during coughing are practically achievable through modulation of mucus viscoelastic properties. While variation of surface tension did not show any change in the droplet size distribution, an increase in particle size was observed as the samples changed from elastic solid type to viscoelastic type to viscous fluid type samples. This knowledge will help in the development of a new class of drugs being developed at the University of Alberta, aimed at controlling the transmission of airborne epidemic diseases by modifying the viscoelastic properties of mucus. For the second problem, studies of viscoelastic behavior of Athabasca bitumen (Alberta) and Maya crude (Mexico) oil samples, along with their Nano-filtered and chemically separated-plus-reconstituted samples were performed. The results revealed that the rheological behaviors of the bitumen-heavy oil samples are governed by their multiphase nature. The rheological behavior of all feeds, permeates and retentate samples followed a single master curve over the entire temperature interval, consistent with that of a slurry comprising a Newtonian liquid plus a dispersed solid comprising non-interacting hard spheres. The behavior of asphaltenes in the reconstituted samples, however, was found to be significantly different from that in nanofiltered samples. The information about the characteristics and behaviors of asphaltenes obtained in this study will help better understand the asphaltene structures, and support the effort to determine solutions for numerous asphaltene-related industrial problems. In the long run, this knowledge will help to create more efficient extraction and upgrading processes for bitumen and heavy oils. / Thermo Fluids