Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402
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Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Skriptum für die Lehrveranstaltung „Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse“ Prof. Dr. Reinhard Böhm TEIL 2 Stand WS 2009/2010 1 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Lehrinhalte die in der Vorlesung abgedeckt werden: Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Inhalt Bakterielle Krankheitserreger bei Menschen und Tieren sowie bei Pflanzen Pilze als Krankheitserreger bei Menschen und Tieren sowie bei Pflanzen Virale Krankheitserreger bei Menschen und Tieren sowie bei Pflanzen Parasitäre Krankheitserreger bei Menschen und Tieren sowie bei Pflanzen Mikrobielle Ökologie und Mikrobiologie anaerober Prozesse Grundlagen der Inaktivierung von Krankheitserregern Tenazität von Krankheitserregern Abfallrechtliche und düngemittelrechtliche Vorgaben im Hinblick auf Biosafety Gesetzliche Vorgaben : Tierseuchen und Tierische Nebenprodukte Biostoffverordnung und Arbeitsschutz Epidemiologie von Krankheitserregern in verschiedenen Substraten Validierung von anaeroben und thermischen Prozessen und Maßnahmen zur Qualitätssicherung Seite Folgende Lehrbücher werden empfohlen: Nr Autoren Titel 1 Rolle Mayr Medizinische Verlag Mikrobiologie, Infektions- und Enke Verlag, Stuttgart Seuchenlehre 2 Hallmann, Quadt- Phytomedizin Hallmann und von UTB2863 Verlag Eugen Ulmer Stuttgart (2007). Tiedemann 3 Röske und Uhlmann "Biologie der Wasser und Abwasserbehandlung", UTB 8300, Verlag Eugen Ulmer Stuttgart (2005). 4 Loll ATV-Handbuch: "Mechanische und biologische ErnstSohn, Berlin (2002) Verfahren der Abfallbehandlung" Stand WS 2009/2010 2 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) 1 1.1 Anforderungen der Hygiene an biologische Verfahren Grundsätze Rest- und Abfallstoffe aus der kommunalen Entsorgung sowie aus dem landwirtschaftlichen Bereich und der nachgeschalteten Verarbeitungsindustrie sind je nach Beschaffenheit, Gewinnung, Behandlung, Lagerung und Transport unterschiedlich häufig und unterschiedlich stark mit obligat oder fakultativ pathogenen Keimen und Schadstoffen belastet. 1,7,9,10,13,14,16,36,39,42-51. Daraus resultieren bei einer landwirtschaftlichen Verwertung Hygienerisiken, auf die weiter unten ausführlich eingegangen wird. Im Hinblick auf Krankheits- und Tierseuchenerreger hängt das epidemiologische Risiko von vielen Faktoren ab, die sowohl durch das Inputmaterial als auch durch den Behandlungsprozess selbst und die Verwertungswege bestimmt werden. Einen Überblick über die entsprechenden epidemiologischen Risiken bietet die Tabelle 1. Bei der mechanisch biologischen Restmüllbeseitigung tritt zwar das epidemiologische Risiko in den Betrachtungen hinter die nach wie vor bestehenden umwelthygienischen Risiken zurück und die in allen Bereichen der biotechnologischen Behandlung von Abfällen bestehenden arbeitsmedizinischen Belange treten in den Vordergrund. Nicht eingegangen wird in diesem Zusammenhang auf die hygienische Bedeutung, die bei Sammlung und Abholung von solchen Abfällen bestehen, hier sei auf die entsprechende Literatur verwiesen. [7, 35] Zunächst einmal ist, unabhängig von den gesetzlichen Anforderungen aus der Seuchen- und Tierseuchenbekämpfung, sowie aus dem Bereich des Pflanzenschutzrechtes auf die Grundsätze der gemeinwohlverträglichen Abfallbeseitigung wie sie in § 10 Abs.4 KVW/AbfG dargestellt sind, zu verweisen[25] Demnach sind Abfälle so zu beseitigen, dass das Wohl der Allgemeinheit nicht beeinträchtigt wird. Eine Beeinträchtigung liegt insbesondere vor, wenn 1. 2. 3. 4. 5. 6. die Gesundheit der Menschen beeinträchtigt wird, Tiere und Pflanzen gefährdet sind, Gewässer und Boden schädlich beeinflusst werden, schädliche Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen oder Lärm herbeigeführt werden, die Belange der Raumordnung und der Landesplanung, des Naturschutzes und der Landschaftspflege sowie des Städtebaus nicht gewahrt sind oder sonst die öffentliche Sicherheit und Ordnung gefährdet oder gestört werden. Neben den phytohygienischen Belangen, die bei landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Verwertung entstehendender Produkte evident sind, und die hauptsächlich die Produktsicherheit betreffen, resultieren aus dem Vorhandensein von Bakterien, Pilzen, Viren und Parasiten unterschiedlicher Arten und in wechselnden Mengen im Material sowie durch die Eigenschaften der angewendeten biotechnologischen Behandlung spezifische Hygienerisiken. Diese können auch bei der Sammlung, Lagerung und Abholung der Abfälle auftreten. Vielfältig sind auch die Hygienerisiken, die durch den Betrieb der Anlagen entstehen. Hier muss bei Anlieferung und Betrieb die Verschleppung seuchenhygienisch Stand WS 2009/2010 3 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) relevanter Organismen durch belebte ( z.B. Ratten, Mäuse, Vögel) oder unbelebte Vektoren (z.B. Fahrzeuge) vermieden werden. Betroffen sind demnach die folgenden Problemfelder, die in diesem Beitrag auch weitgehend betrachtet werden: Umwelthygiene (Umweltschutz) Betriebshygiene (Produktschutz) Arbeitshygiene (Arbeitsschutz) Prozesshygiene (Produktsicherheit) Je nachdem, ob die verarbeiteten Stoffe direkt aus der Landwirtschaft kommen und auch dorthin wieder direkt zurückgeführt (z.B. Güllegemeinschaftsanlagen), oder ob Materialien unterschiedlicher Herkunft verwendet werden, verwandeln sich mehr oder weniger geschlossene epidemiologische Kreisläufe in schlecht kontrollierbare offene Systeme. Besonders hohe epidemiologische Risiken für landwirtschaftliche Betriebe mit Tierhaltung sind mit der Verwendung von Magen- und Darminhalten von Schlachttieren, sowie für Flotate und Fettabscheiderrückstände aus Schlachthöfen bzw. aus der fleischverarbeitenden Industrie verbunden, weil diese Abfälle regelmäßig und unkontrolliert in hoher Zahl Krankheitserreger unterschiedlicher Herkunft enthalten können. Aber auch aus dem Bioabfall und aus den Großküchenabfällen lassen sich regelmäßig Salmonellen und je nach Seuchenlage auch andere Krankheitserreger isolieren. Die Tabelle 2 gibt eine zusammenfassende Darstellung unter dem Aspekt der Seuchenhygiene. Im Hinblick auf die Phytohygiene soll an dieser Stelle nur darauf verwiesen werden, dass eine Vielzahl von phytopathogenen Erregern im Ausgangsmaterial enthalten sein kann. Einzelheiten dazu sind an anderer Stelle beschrieben [37]. Daraus resultieren notwendige Vorbeugemaßnahmen, die eine Verbreitung solcher Keime verhindern. Dies kann durch eine Reihe von baulichen, organisatorischen und technischen Maßnahmen erfolgen. Betriebshygienische Risiken entstehen entweder durch Rekontamination der Fertigprodukte über Geräte, die mit Roh- und Fertigware in Kontakt kommen oder durch Fehler in der Gestaltung des Prozesses, wie z.B. die Benutzung kontaminierten Sickerwassers zur Befeuchtung von Material im Endstadium der Kompostierung. Zur Betriebshygiene gehört auch die Frage der Verhinderung von Keimemissionen über die Luft, aber ggf. auch über das Abwasser. Der Arbeitsschutz spielt in diesem Zusammenhang insbesondere durch die Vorgaben der Biostoffverordnung eine wichtige Rolle. An dieser Stelle soll auf diese Risikofaktoren nur ganz allgemein hingewiesen werden. Klassische Infektionserreger spielen in diesem Zusammenhang nur bedingt eine Rolle und wenn, dann stets bei der direkten Handhabung des Substrates. Dabei können Darminfektionen durch mangelnde Personalhygiene und Wund- und Schleimhautinfektionen in Form von Schmierinfektionen sowie Infektionen über Stichverletzungen, wie z.B. beim Wundstarrkrampf, entstehen. Durch aerogen freigesetzte Mikroorganismen oder deren Stoffwechselprodukte können sich in diesem Zusammenhang ebenfalls Krankheitserscheinungen entwickeln, an deren Entstehung eine Reihe von auch in der Natur weit verbreiteten Mikroorganismen beteiligt sind [6,12,27,28,30,34,41]: Farmerlunge durch Aktinomyceten Atemweginfektionen Stand WS 2009/2010 4 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Allergisierung Komplexe Krankheitsbilder wie ODTS = Organic Dust Toxic Syndrom oder der EAA = Exogen-Allergische Alveolitis Das ATV-Merkblatt „Hygiene bei der biologischen Abfallbehandlung – Hinweise zu baulichen und organisatorischen Maßnahmen – (ATV-M 365)“ weist auf die entsprechenden Risiken hin und zeichnet Vermeidungsstrategien in allen betroffenen Bereichen auf. Das Inhaltsverzeichnis des Merkblattes ist im Bild 1 wiedergegeben [2]. Die oben angegebenen Hygienebereiche werden nachfolgend nicht nach aeroben und anaeroben Verfahren bzw. deren Kombination getrennt abgehandelt, weil die Probleme der Umwelthygiene, der Betriebshygiene und des Arbeitsschutzes unabhängig vom Behandlungsverfahren hier gleich oder nur geringgradig unterschiedlich sind. Dies gilt auch für die grundsätzlichen Fragen der Prozesshygiene, allerdings wird auf die verfahrenstechnisch bedingten Besonderheiten im Anschluss an die generellen Betrachtungen im Abschnitt 1.7 noch speziell eingegangen. 1.2 Betriebshygiene und Umweltschutz Diese beiden Bereiche sind eng miteinander verknüpft, bevor organisatorisch und baulich Maßnahmen greifen können kommt der Wahl des Standortes eine große Bedeutung zu. Die damit verbundene Problematik wurde lange unterschätzt mit der steigenden Sensibilisierung der Öffentlichkeit in den letzten Jahren wurde vielfach die Erfahrung gemacht, dass die Entscheidung für einen falschen Standort u.U. erhebliche Kosten für Nachbesserungen oder sogar die Schließung der Anlage nach sich ziehen kann. Vor der Errichtung einer Anlage zur Behandlung biologischer Abfälle sollten deshalb Standortüberprüfungen bzw. Betrachtungen zur Umweltverträglichkeit, Emissionsund Immissionsprognosen hinsichtlich der zu erwartenden Gerüche, Belastungen durch Lärm und Mikroorganismen für den jeweiligen Standort durchgeführt werden [siehe auch unter 7]. Aus Sicht der Humanhygiene und der Wasserwirtschaft sollten Standorte in Wasserschutzzone I und II nicht in Betracht gezogen werden. Einzelheiten sind dem DVGW Arbeitsblatt W 101 zu entnehmen [21]. Was den Mindestabstand zur nächsten Bebauung betrifft, so sind die Abstandserlasse der einzelnen Bundesländer maßgebend. Bei der Standortwahl sollten auch meteorologische Sachverständige herangezogen werden, um spezielle kleinklimatische Gegebenheiten zu beurteilen, wie z.B. das häufige Auftreten von Luftschichtungen, die eine überweite Verfrachtung von Staub, Keimen und Gerüchen bedingen können. Diese Problematik tritt besonders bei Standorten in Hanglagen auf. Dabei ist speziell bei nicht eingehausten Anlagen zur Mietenkompostierung zu berücksichtigen, dass nicht die Keim- sondern die Geruchsemission der limitierende Faktor ist. Grundsätzlich ist bei der Standortwahl für Kompostierungs- und Vergärungsanlagen ein siedlungsferner Standort zu bevorzugen. Die Ansiedlung in oder in der Nähe von Gewerbegebieten kann Probleme aufwerfen, insbesondere wenn hier Betriebe der Getränke- oder Nahrungsmittelherstellung zu finden sind. Bei der Planung und Genehmigung von Anlagen sollte das berücksichtigt werden. Wenn auch unmittelbare Hygienerisiken für solche Betriebe in einer Entfernung von mehr als 500 m in Hauptwindrichtung i.d.R. nicht bestehen, sollte aus Gründen der Ästhetik, die sich lebensmittelrechtlich durch den Begriff „ekelerregend“ Stand WS 2009/2010 5 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) ausdrückt und auf subjektive Empfindungen Rücksicht nimmt, eine deutlich größere Entfernung gewählt werden. Das Bild 2 zeigt die Ergebnisse von Luftkeimmessungen im Bereich einer offenen Kompostierungsanlage, die den gegebenen Empfehlungen zugrunde liegt. [22] Eine Ansiedlung an Standorten, an denen die Geruchs- und/oder Keimemissionen Krankenhäuser oder Heilstätten erreichen können, scheidet aus, da hier besondere Rücksicht auf den gesundheitlichen Zustand der Patienten genommen werden muss. Bei der Ansiedlung im ländlichen Raum sollte ein Standort in der Nähe von Tierhaltungsbetrieben vermieden werden. In diesem Zusammenhang ist weniger die aerogene Verbreitung von Keimen bedeutsam als die Verschleppung von Krankheitskeimen aus den biologischen Abfällen durch belebte (Wild- oder Haustiere und Personen) und unbelebte Vektoren (Arbeitsgeräte und Fahrzeuge) in die Tierhaltungsbetriebe. Eine Mindestentfernung von 500 m sollte auch hier eingehalten werden. Bei der dezentralen Abfallbehandlung ist ein Standort auf einem Ackerbaubetrieb einem solchen auf einem Viehhaltungsbetrieb vorzuziehen. Ansonsten gilt für Tierhaltungsbetriebe ebenfalls ein Mindestabstand der Abfallbehandlungsanlage von 500 m, zusätzlich sind die Grundregeln der Betriebshygiene einzuhalten. Der Mindestabstand kann verringert werden, wenn bereits thermisch entseuchtes Material angeliefert wird (zentrale Entseuchungsanlage) oder wenn bei Gestaltung und Betrieb der Abfallanlage sinngemäß die in der Schweinehaltungshygieneverordnung vom 7. Juni 1999, vorgeschriebenen Maßnahmen zur Verhinderung der Verschleppung von Tierseuchenerregern durchgeführt werden [40]. Dies erscheint sinnvoll, da das Risiko der Verschleppung von Keimen aus Abfallbehandlungsanlagen nicht wesentlich höher einzuschätzen ist, als zwischen der Betriebsabteilung einer Tierhaltungsanlage oder zwischen verschiedenen Tierhaltungsbetrieben. 1.3 Hygieneaspekte bei der Gestaltung der Betriebsanlagen Sowohl bei der Gestaltung als auch beim Betrieb von Abfallbehandlungsanlagen kommt den Außenanlagen eine besondere Bedeutung zu, aus diesem Grund sind bei der Planung der Außenanlagen die Aspekte der Umwelt-, Seuchen- und Betriebshygiene sowie des Arbeitsschutzes ausreichend zu berücksichtigen. Zum Schutz vor unbefugtem Betreten sowie vor dem Eindringen von Wildtieren und Schadnagern sind entsprechende Maßnahmen zu treffen. Dazu gehört eine feste Einzäunung mit Betonsockel sowie ggf. Maßnahmen zur Vogelabwehr und Schadnagerbekämpfung. Eine Bepflanzung entlang des Zaunes bietet Sichtschutz und bricht den Wind. Die offene Mietenkompostierung in Klein-Mietensystemen (Dreiecksmieten und Walmen bis 1,8 m Höhe) von Bioabfällen sollten unter Dach oder einer sonstigen geeigneten Abdeckung mit semipermeablen Planen durchgeführt werden. [26]. Bei der Mietenkompostierung empfiehlt es sich, in Hauptwindrichtung eine Windschutzwand vorzusehen, um unnötige Staubemissionen zu vermeiden. Stand WS 2009/2010 6 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Weitere bauliche Maßnahmen zum Schutz der Umgebung und des Untergrundes sind die Befestigung und Abdichtung aller Flächen in Beton- und Asphaltausführung, so dass das Befahren mit schwerem Gerät möglich ist und die Staubentwicklung weitgehend vermieden wird. Die befestigten Freiflächen müssen sauber gehalten werden, die Zu- und Abfahrtswege im Anlagenbereich sind mindestens am Ende eines jeden Arbeitstages möglichst feucht zu reinigen. 1.4 Hygieneaspekte beim Betrieb von Anlagen Die Hygienerisiken durch den Betrieb der Anlage können für verschiedene Bereiche bestehen. Sie betreffen die Freisetzung oder Übertragung von belebten und unbelebten Agenzien. Gerüche und Schadnager können verbreitet und Schadstoffe in die Nahrungskette eingetragen werden. Bei Anlieferung und Betrieb muss die Verschleppung seuchenhygienisch relevanter Organismen durch belebte (z.B. Ratten, Mäuse, Vögel) oder unbelebte Vektoren (z.B. Fahrzeuge) vermieden werden. Aus Gründen der Umwelthygiene ist bei der Behandlung von Bioabfällen bis zu dem Prozessschritt, nach dem die Hygienisierung abgeschlossen ist, eingehausten Anlagen vor der offenen Mietenkompostierung der Vorzug zu geben. Bei siedlungsfernen Standorten für Anlagen zur biologischen Abfallbehandlung besitzt die Frage der Ausbreitung von Gerüchen, Staub und Mikroorganismen eine geringere Priorität, so dass aus Kosten- und Arbeitsschutzgründen offenen Anlagen der Vorzug gegeben werden kann. Die Anforderungen der TASi Pkt. 5.4 und anderer Regelwerke sind zu berücksichtigen [52]. In geschlossenen Anlagen ist der Anlieferungsbereich so zu gestalten und zu betreiben, dass bei der Entladung das Hallentor geschlossen ist oder, wenn es sich um flüssiges Material handelt, dies im geschlossenen System umgefüllt wird. Bei eingehausten Anlagen gehört das Abziehen der gesamten Luft aus dem Anlagenbereich und die Abluftreinigung über Biofilter zum Stand der Technik. Dabei ist zu beachten, dass Anlagen zur biologischen Abluftreinigung ebenfalls Mikroorganismen emittieren (Sekundäraerosole). Umwelt- und Betriebshygiene lassen sich, was die Verschleppung durch belebte und unbelebte Vektoren angeht, nicht immer klar voneinander trennen. Im Bezug auf unbelebte Vektoren sind es primär zwei Aspekte, die betrachtet werden müssen. Dies ist einmal die Gefahr der Verschleppung von unerwünschten Keimen im Betrieb selbst und zum anderen die Frage der Verbreitung von Krankheitserregern aus dem Betrieb über Transportfahrzeuge. Letzteres spielt bei Anlagen zur Kofermentation eine besondere Rolle, wenn sich epidemiologische Kreisläufe zu Tierhaltungsbetrieben schließen können. Betriebshygiene und Arbeitsschutz erfordern häufig gleichsinnige Maßnahmen, dies gilt speziell für die baulichen Gegebenheiten. Hier sind geeignete Räume im Sozial-, Büro- und Wartungsbereich vorzusehen. Einrichtungen zur Reinigung der Räume und Geräte (Warm- und Kaltwasseranschlüsse, Hochdruckreiniger etc.) sind in ausreichender Zahl einzuplanen. Die Sauberhaltung von Kleidung, Räumen und Geräten dient nicht nur der Produkthygiene sondern auch dem Arbeitsschutz. Bezüglich der Produkthygiene besteht eine Gefahr der Rekontamination der Fertigprodukte, z.B. mit Salmonellen über Fahrzeuge und Geräte. Um eine solche Rekontamination, die Stand WS 2009/2010 7 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Probleme bei der Endproduktkontrolle hervorrufen kann, zu vermeiden, ist es anzuraten, getrennte Radlader im Annahme- und im Fertigkompostbereich einzusetzen. Sofern dies nicht möglich ist, muss eine sorgfältige Reinigung und ggf. eine Desinfektion des Radladers (Schaufel, Räder) zwischen dem Einsatz des Gerätes im Annahme- und im Fertigkompostbereich stattfinden. Hierzu muss ein für diese Zwecke geeignetes und geprüftes Desinfektionsmittel zur Anwendung kommen. Da von der rauen Beschaffenheit der Flächen und der zu erwartenden Schmutzbelastung hier Anforderungen an das Desinfektionsmittel gestellt werden, die denen für einen Einsatz in der Tierhaltung am ehesten gleichen , ist es naheliegend ein solches aus der jeweils gültigen Desinfektionsmittelliste der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft für die Tierhaltung gemäß der Einsatzempfehlung aus Spalte 4a zu verwenden. [20] Der Kopf der Liste ist in Bild 3 dargestellt. Bei Abfallbehandlungsanlagen im ländlichen Raum bestehen besondere Probleme im Hinblick auf die Übertragung von Krankheitserregern auf landwirtschaftliche Nutztiere. Deshalb müssen bei Anlagen zur dezentralen Abfallbehandlung im ländlichen Raum getrennte Geräte für die Ver- und Entsorgung der Tiere und für die Abfallbehandlung vorhanden sein sowie ggf. zusätzliche Vorsorgemaßnahmen bei der Lagerung der Abfälle getroffen werden. Bei Kofermentationsanlagen, die gleichzeitig Güllegemeinschaftsanlagen sind, müssen zusätzliche Maßnahmen in Anlehnung an HILLIGER et al. [23] getroffen werden, diese betreffen spezielle Auflagen und seuchenprophylaktische Maßnahmen für - den Betreiber der Anlage - den Anlieferer der Gülle - den Abnehmer des Endprodukts. Einzelheiten dazu sind dem ATV M365 zu entnehmen [2]. Spezielle Maßnahmen greifen wenn im Rahmen einer Ausnahmegenehmigung nach dem Tierkörperbeseitigungsrecht Speiseabfälle oder besondere seuchenhygienisch bedenkliche Materialien wie Fettabscheiderrückstände und Flotate aus der Gewinnung und Verarbeitung tierischer Rohstoffe verwertet werden [9,10]. Die Auflagen werden von der zuständigen Behörde für den Einzelfall festgelegt. In der Regel wird eine klare Trennung zwischen reiner und unreiner Seite eine sichere geschlossene Lagerung der Rohstoffe, die Anlieferung in einer geschlossenen Halle die leicht reinigbare und desinfizierbare Oberflächen (Boden, Wände, Decken) haben muss in Verbindung mit speziellen Erhitzungsvorschriften, die sich an den Bestimmungen der Viehverkehrsverordnung orientieren, gefordert. Es ist zu beachten, dass diese Auflagen auch für das gesamte Sammelgut gelten können, falls eine gemeinsame Sammlung von Bioabfällen und Abfällen aus Gaststätten, Cateringbetrieben und / oder Großküchen erfolgt. 1.5 Aspekte des Arbeitsschutzes In diesem Zusammenhang kann keine vollständige Zusammenstellung gegeben werden, denn es greifen eine Reihe unterschiedlicher Vorschriften die neben Regelungen für die Arbeitsschutzhygiene viele andere Problemkreise des Arbeitsschutzes gleichermaßen betreffen. Als Spezialregelung kann hier aber zuerst die Biostoffverordnung genannt werden, die sich primär mit den Gefährdungen durch Mikroorganismen beschäftigt. [5]. Den Risiken, Stand WS 2009/2010 8 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) die in Abfallbehandlungsanlagen entstehen, liegen grundsätzlich nicht gezielte Tätigkeiten mit biologischen Arbeitsstoffen zugrunde. Neben der Zuordnung der Tätigkeit durch den Betreiber der Anlagen resultieren eine Reihe von weiteren Maßnahmen zur Sicherung des Arbeitsschutzes die in Bild 4 zusammenfassend dargestellt wurde. [18] Im Einzelfall wird allerdings die Zuordnung zu einer Schutzstufe in der Praxis das größte Problem darstellen, das der Betreiber ohne Hilfe von außen in der Regel nicht lösen kann. Neben dieser zentralen Rechtsnorm greifen ganz allgemein folgende Arbeitsschutzvorschriften: - ArbSchG -Arbeitsschutzgesetz vom 07.09.1996: Gesetz über die Durchführung von Maßnahmen des Arbeitsschutzes zur Verbesserung der Sicherheit und des Gesundheitsschutzes der Beschäftigten bei der Arbeit - ArbStättV -Arbeitsstättenverordnung vom 20.03.1975 Verordnung über Arbeitsstätten - PSA - Benutzerverordnung- PSA-BV vom 04.12.1997 Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung persönlicher Schutzausrüstungen bei der Arbeit - AMBV - Arbeitsmittelbenutzungsverordnung vom 11.03.1997 Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung von Arbeitsmitteln bei der Arbeit - LasthandhabV - Lastenhandhabungsverordnung vom 04.12.1996 Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung von Lasten bei der Arbeit - LASI - Länderausschuß für Arbeitsschutz und Sicherheit (LV 13) Leitlinien des Arbeitsschutzes in biologischen Abfallbehandlungsanlagen ( Oktober 1997) Leitlinien des Arbeitsschutzes in Wertstoffsortieranlagen - UVV - Einschlägige Vorschriften zur Unfallverhütung der Berufsgenossenschaften Weitere Einzelheiten dazu sind dem ATV M365 zu entnehmen in dem grundsätzliche Anforderungen für folgende Bereiche formuliert sind: - Anlieferung Sortierung Aufbereitung biologischer Abfälle Rotte Fertigproduktverarbeitung Von den übergreifenden Regelungen soll an dieser Stelle nur auf einige wichtige Maßnahmen verwiesen werden, die auf jeden Fall auch in der Schutzstufe 1 zu beachten sind. Stand WS 2009/2010 9 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Für die Handhabung von Materialien und Geräten sind Betriebsanweisungen zu erstellen und auszuhängen. Anhand der Anweisungen müssen regelmäßige Unterweisungen der Beschäftigten stattfinden. Den Beschäftigten ist geeignete persönliche Schutzausrüstung in ausreichender Anzahl zur Verfügung zu stellen. Die Reinigung der Schutzkleidung wird vom Arbeitgeber übernommen. Auf das Tragen der Schutzkleidung ist zu achten. Im Sortierbereich müssen durchstichfeste Handschuhe getragen werden. Den Beschäftigten müssen geeignete Sanitär- und Pausenräume zur Verfügung gestellt werden. Der Sanitärbereich ist als Schwarz-Weiß-System einzurichten, mit getrennten Umkleidebereichen für die Berufs- und Privatkleidung. Die Pausenräume sollten nicht in Arbeitskleidung betreten werden. Eine geeignete Handwasch-Gelegenheit sollte bestehen, wenn sie nicht in unmittelbarer Nähe zu den Sanitärräumen liegen. Es ist ein Hygieneplan zu erstellen, aus dem u. a. die Reinigungsintervalle und die Art und Weise der Reinigung der Arbeits- und Nebenräume ersichtlich ist. Der Anlieferungsbereich, die Sortierkabine und die Pausen- und Sanitärräume sind mindestens täglich zu reinigen. Die Beschäftigten sind entsprechend § 3 des Arbeitssicherheitsgesetzes betriebsärztlich zu betreuen, zusätzlich sind die entsprechenden Bestimmungen des Arbeitsschutzgesetzes und die arbeitsmedizinischen Vorsorgebestimmungen der BioStoffV (Bild 4) zu beachten [5]. Dazu zählen neben der Beratung des Arbeitgebers und der Arbeitnehmervertretung auch die Information der Beschäftigten über Gefährdung und Gefährdungsverhütung über arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen und die Beurteilung der Arbeitsbedingungen. Die Fachkraft für Arbeitssicherheit prüft darüber hinaus die technische Sicherheit der eingesetzten Geräte und Maschinen. 1.6 Anforderungen an die Verfahren Es ist eine Vielzahl von Verfahren zur Behandlung von biologisch abbaubaren Abfällen beschrieben und erstellt worden. Neben einfachen Trocknungsverfahren die für einige wenige Sekundärrohstoffe anwendbar sind, kommen hier aerobe und anaerobe biotechnologische Verfahren in Frage, die auch Gegenstand dieser Ausführungen sind. Da die Stoffströme für organische Rohstoffe durch die TA-Siedlungsabfall und das Kreislaufwirtschaftsgesetzes in Richtung von Landschafts- Gartenbau und insbesondere der Landwirtschaft gelenkt werden, erwartet der Anwender ein schadstoffarmes, seuchen- und phytohygienisch unbedenkliches Endprodukt aus biologischen Abfallbehandlungsanlagen, damit die von ihm erzeugten Produkte, sowie deren Image aber auch die Gesundheit von Mensch, Haus- und Wildtier bei bestimmungsgemäßer Anwendung keinen Schaden erleiden. Darüber hinaus muss vermieden werden , dass mit dem Sammelgut eingebrachte Krankheitserreger im weitesten Sinne sowie Unkraut- und Pflanzensamen unkontrolliert in der Umwelt verbreitet werden, was bei den bestehenden weltweiten Handelsbeziehungen zum Schutz der einheimischen Tier- und Pflanzenwelt unbedingt notwendig ist. Da biotechnologische Verfahren auch in Kombination mit den in diesem Zusammenhang anwendbaren physikalischen Behandlungsverfahren nur ein Stand WS 2009/2010 10 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) begrenztes keimabtötendes Potential haben können, bedeutet die seuchen- und phytohygienische Unbedenklichkeit in diesem Kontext nur die Freiheit von solchen Keimen, die eine den verwendeten Prüforganismen vergleichbare Resistenz haben, wobei bei bestimmungsgemäßer Anwendung die Risiken für die Übertragung der epidemiologisch relevanten Krankheitserreger minimiert sind. Wenn der Anwendungszweck auch die Inaktivierung von Keimen höherer Chemo- und/oder Thermoresistenz erfordert, muss dies durch eine zusätzliche validierte Behandlung erfolgen. Einzelheiten zum Vorgehen gemäß Bioabfallverordnung sind dem Stand der Wissenschaft angepasst dem ATV M365 zu entnehmen. Nachfolgend soll die Philosophie, weshalb ein dreischrittiges Vorgehen zur Gewährleistung der Produkthygiene gewählt wurde, erläutert werden. Es gibt verschiedene Strategien um die hygienische Sicherheit der behandelten Bioabfälle abzusichern. Folgende Möglichkeiten werden dazu angewendet: Kontrolle des Produkts auf das Vorkommen von Krankheitserregern Behandlung nur in zugelassenen (validierten ) Anlagen Kontrolle der Anlagen im Hinblick auf die hygienerelevanten Parameter Darüber hinaus gibt es noch die Möglichkeit, wenn auf die Erfüllung bestimmter hygienischer Forderungen verzichtet wird, zur Verminderung des Risikos der direkten Übertragung von Krankheitserregern auf die Nutztiere und den Menschen bestimmte Restriktionen für die Anwendung ( z.B. Ausbringung nur auf Ackerland) festzulegen, wie dies im Rahmen der Klärschlammverordnung geschieht. Jede dieser Strategien allein stößt schnell an ihre Grenzen. Bei der Kontrolle des Produktes allein sind folgende Vor- und Nachteile zu berücksichtigen. - Vorteil: Vorteil: - Vorteil: - Nachteil: Eine repräsentative Probennahme nach statistisch absicherbaren Kriterien ist bei so voluminösen inhomogenen Materialien wie Kompost oder anderen Sekundärrohstoffdüngern praktisch nicht möglich. Nachteil: Aus methodischen Gründen ist die Reisolierung von wirklich pathogenen Keimen z. B. Vire naus der komplizierten Matrix in den meisten Fällen nicht möglich. Nachteil: Die meisten mikrobiologischen und parasitologischen Parameter, die in diesem Zusammenhang bestimmt werden, korrelieren nicht mit dem Vorkommen von pathogenen Keimen im Endprodukt oder deren Inaktivierung im Behandlungsprozess (Ausnahme Salmonellen und mit Einschränkungen Escherichia coli). Nachteil: Die meisten der fixierten mikrobiologischen und parasitologischen Parameter sind sinnlos, weil die gleichen Organismen in vergleichbarer - - - Leicht durchführbar Hohe Flexibilität hinsichtlich Probennahmezeitpunkt, Materialauswahl und Überwachungsparameter Kostengünstig Stand WS 2009/2010 11 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) - Anzahl auch in den Böden vorkommen auf die Produkte ausgebracht werden. Nachteil: Ist nur sinnvoll in Kombination mit einer direkten Prozesskontrolle. Trotz der Unzulänglichkeiten die die alleinige Endproduktkontrolle hat, favorisieren viele Länder ein solches Vorgehen, weil es einfach und kostengünstig ist, dies ist z. B. in Österreich und Frankreich der Fall, die skandinavischen Länder tendieren auch dazu, nur die Endproduktkontrolle vorzuschreiben, die mikrobiologischen Parameter, die genannt und diskutiert werden, sind folgende: Gesamtbakterienzahl (mesophil) Enterobakteriaceen Escherichia coli Pathogene Escherichia coli (EHEC) Salmonellen Yersinien Campylopbacter Fäkalstreptokokken (Enterokokken) Staphylococcus aureus Listerien Clostridium perfringens sulfitreduzierende Clostridien Enteroviren Rotaviren Nematoden- u. Bandwurmeier Nematodenlarven (z.B. 105 – 109 KBE/g) (z.B. 103 KBE/g) (z.B. 102 KBE/g oder 103 KBE/g) (z.B. frei von in 50g) (z.B. frei von in 25 g oder in 50g) (z.B. frei von in 50 g) (z.B. frei von in 50 g) (z.B. 102 KBE/g oder 103 KBE/g) (z.B. 10 KBE/g) (z.B. frei von in 50 g) (z.B. frei von in 1 g) (z.B. frei von in 50 g) (z.B. frei von in 1 g) (z.B. frei von in 1 g) (z.B. frei von in 25 g) (z.B. frei von in 25 g) Zwar lässt sich im Sinne eines vorbeugenden Gesundheitsschutzes unabhängig von den epidemiologischen Gegebenheiten fast jeder Krankheitserreger und jeder Mikroorganismus oder Virus, der auch im menschlichen oder tierischen Darm vorkommt, als Indikatororganismus benennen und „sichere“ Keimzahlen lassen sich beliebig festlegen. Jedoch wird dazu allzu häufig vergessen, dass Kompost kein Nahrungsmittel und kein Trinkwasser, sondern für eine Verwertung auf dem natürlichen Erdboden vorgesehen ist. Eine wissenschaftlich begründete Auswahl von Indikatororganismen muss sich deshalb an folgende Kriterien orientieren: Sie müssen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit im verwendeten Ausgangsmaterial vorhanden sein, eine Übertragung durch das Endprodukt muss durch epidemiologische Untersuchungen belegt sein, falls ein biotechnologischer Prozess durchlaufen wird, darf der Indikator nicht daran beteiligt sein, der Indikator sollte kein Organismus oder Virus sein, der natürlicherweise im Erdboden oder ähnlichen Materialien vorkommt, Stand WS 2009/2010 12 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) die Methoden zur Isolierung und Identifizierung müssen einfach, eindeutig und zuverlässig sein, wenn eine so mikrobiologisch komplexe Matrix wie Kompost, Gärgut oder Schlämme untersucht wird. Da Komposte, Schlämme aus der anaeroben Behandlung und ähnliche Produkte meistens aus einem mikrobiellen Abbauprozess organischer Substanz stammen und über die mikrobielle Ökologie solcher Systeme nur ein sehr begrenztes Wissen besteht, muss davor gewarnt werden, Isolierungs- und Identifikationstechniken anzuwenden die bei der Untersuchung von Trinkwasser, Lebensmitteln oder klinischem Probenmaterial üblich sind, ohne dass sie sehr sorgfältig hinsichtlich über Eignung und Zuverlässigkeit für das betreffende Probenmaterial validiert wurden. Die Vielfalt der Arten, die in Probenmaterialien aus der Umwelt oder den Produkten der aeroben bzw. anaeroben biotechnologischen Behandlung vorkommen, überschreitet weit die begrenzte Zahl von Arten wie sie in klinischem Material oder in Lebensmitteln zu erwarten sind, und bis heute existiert kein vollständiges Wissen über die Zusammensetzung und die Populationsdynamik der mikrobiellen Flora dieser Materialien. Darüber hinaus sind mikrobiologische Parameter, wie sie im Bereich der Trinkwasser- und Lebensmitteluntersuchung verwendet werden, in der Regel ungeeignet für Substrate wie Komposte und Schlämme, weil die meisten dieser Indikatoren zur autochtonen Flora von landwirtschaftlich genutzten Böden gehören [9]. Wenn die begrenzte Zuverlässigkeit und Anwendbarkeit von Methoden aus der klinischen Mikrobiologie und Wasseruntersuchung, ebenso wie der Ausschluß von Organismen und Viren, die mit großer Wahrscheinlichkeit auch im Boden vorkommen, berücksichtigt wird, scheiden folgende Parameter in diesem Zusammenhang aus: Enterobakteriaceen, Escherichia coli incl. EHEC, Campylobacter, Yersinien, Listerien, Clostridium perfringens, sulfitreduzierende Clostridien, Enteroviren oder Rotaviren. Der einzige zuverlässige Indikator für den mit den betreffenden Substraten umfangreiche Erfahrungen vorliegen sind die Salmonellen, die entsprechenden Techniken sind in der Bioabfallverordnung und im ATV M365 beschrieben [2,4]. Zwar können Escherichia coli für Komposte und Endprodukte aus der Anaerobbehandlung sowie Enterokokken für in anaeroben Prozessen behandelte Abfälle insbesondere Kofermentate als zusätzliche Parameter herangezogen werden [3]. Die Zuverlässigkeit der beschriebenen Techniken und das Vorkommen im Rohmaterial sind aber variabler, so dass sich allenfalls ein Richtwert definieren lässt. Richtwerte, wie sie die Bundesgütegemeinschaft Kompost im Rahmen der Baumusteranerkennung und Gütesicherung fixiert hat, sind dann durchaus sinnvoll, wenn die gegebenen Einschränkungen in der Aussagekraft berücksichtigt werden. Diese Richtwerte sind: Escherichia coli, >5 x 103 KBE/g (aerob und anaerob) Enterokokken >5 x 103 KBE/g (nur anaerob) Mit noch großen Unsicherheitsfaktoren, zwar nicht im Hinblick auf die Methodik zur Keimzahlermittlung, aber in Bezug auf die Aussagekraft für Materialien aus mikrobiologischen Umsetzprozessen ist die aerobe Gesamtbakterienzahl bei 37 °C. zu betrachten. Zwar kann dieser Parameter auch zur zusätzlichen Beurteilung herangezogen werden, aber die Frische des Materials, die Lagerdauer, die Transportbedingungen und der Restgehalt an Nährstoffen beeinflussen ihn stark, so dass zwar ein Richtwert von >5 x 108 KBE/g hilfreich sein und meistens auch eingehalten werden kann, aber bei Überschreitung als alleiniger Beanstandungsgrund nicht ausreicht, hygienische Bedenken zu belegen. Stand WS 2009/2010 13 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Zu den genannten parasitologischen Untersuchungsparametern ist festzuhalten, dass die Untersuchung auf das Vorhandensein von Ascariden und Bandwurmeiern sinnvoll sein kann, wenn Ausgangsmaterialien fäkaler Herkunft verwendet werden. Allerdings ist es wenig effektiv diese Parameter bei Probenmaterialien zu verwenden, die einen thermophilen Behandlungsprozess durchlaufen haben, da die Thermoresistenz dieser parasitären Dauerformen geringer ist als die Salmonellen als Indikatorkeim und die Nachweistechniken nicht gleichermaßen zuverlässig sind. Wenn aber andere Verfahren, insbesondere unter Verwendung von bioziden chemischen Stoffen oder die Langzeitlagerung zur Keimverminderung genutzt werden, müssen diese Dauerformen in die Untersuchung mit einbezogen werden, weil sie durchaus eine höhere Widerstandskraft gegenüber diesen Noxen haben können als Bakterien oder Viren. Die Untersuchung auf dünnschalige Eier und Larven von Nematoden ist wenig sinnvoll, wenn sie nicht mit einer eindeutigen Artzuordnung verbunden ist. Hier kann es sich um ubiquitäre Erdnematoden handeln und die Zuordnung zu pathogenen Spezies erfordert erhebliches Fachwissen, das nur sehr begrenzt zur Verfügung steht, dementsprechend ist die Irrtumswahrscheinlichkeit hoch. Es muss noch einmal auf die grundsätzliche Schwierigkeit ein so voluminöses Produkt, wie z.B. Kompost, repräsentativ zu beproben, hingewiesen werden. Eine statistisch abgesicherte Probennahme wäre aufwendig und würde auch erhebliche Kosten verursachen, ohne die gleiche Sicherheit zu gewähren, wie die garantierte Behandlung in validierten Anlagen, abgesehen davon welcher gewaltige wirtschaftliche Schaden durch die unschädliche Beseitigung etwaiger beanstandeter Fertigprodukte entstehen würde. Die Validierung von Anlagen kann durch die direkte Prozessprüfung, ergänzt durch die ständige Erfassung wichtiger Prozessparameter (indirekte Prozessprüfung) erfolgen. Die direkte Prozessprüfung ist am vollständigsten im LAGA M10 als zweistufiges Verfahren bestehend aus einer Prototyp-/Baumusterprüfung und einer Inbetriebnahmeprüfung beschrieben [29]. Obwohl die in der Bundesrepublik Deutschland gültige Bioabfallverordnung keine Prototypprüfung sondern nur eine Inbetriebnahmeprüfung vorsieht, sollte jeder Betreiber, der eine solche Anlage käuflich erwerben will, vom Hersteller den Nachweis einer erfolgreich absolvierten Prototypprüfung fordern, ansonsten trägt er allein das Risiko eines Versagens des Prozesses bei der Inbetriebnahmeprüfung. Nähere Einzelheiten des Vorgehens sind im Anhang 2 zur Bioabfallverordnung sowie im ATV M365 fixiert. Die direkte Prozessprüfung allein durchzuführen hat neben Vorteilen auch eine Reihe von Nachteilen: - Vorteil: - Vorteil: - Vorteil: - Nachteil: Nachteil: Nachteil: Sie gibt schnell die grundsätzlichen Informationen darüber ob ein angewendeter technischer oder chemischer Prozess zu einem sicheren hygienischen Produkt führen kann oder nicht. Die Verantwortlichkeit des Planers, des Herstellers oder Vertreibers von Anlagen schützt den späteren Betreiber vor Fehlinvestitionen. Es werden reproduzierbare Ergebnisse gewonnen, die den Vergleich von Daten und Verfahren ermöglichen. Die direkte Prozessprüfung ist kosten- und arbeitsintensiv. Sie ist ein relativ seltenes Ereignis. Sie kann accidentelle Störungen des Prozesses nicht erfassen. Stand WS 2009/2010 14 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Als Prüforganismen aus der Sicht der Veterinär- und Humanhygiene sind folgende Arten europaweit in der Diskussion: Salmonella Senftenberg W 775, H2S negativ Enterokokken Escherichia coli Campylobacter ECBO - virus bovines Parvovirus (BPV) Die Benutzung von Salmonella Senftenberg W 775 (H2S negativ) ist vielfach erprobt [4,11,15,24]. Enterokokken könnten prinzipiell ebenfalls verwendet werden, aber während der Exposition ist eine Kontamination mit der Keimflora des Materials selbst nicht immer vollständig auszuschließen und dann kann nicht zwischen den eingebrachten Prüfkeimen und den Kontaminanten unterschieden werden, zudem sind die Reisolierunstechniken nicht so perfekt. Bei Salmonella Senftenberg ist dies anders, einmal kommt dieses Serovar extrem selten im Ausgangsmaterial vor und zum anderen könnte es anhand seines natürlichen Markers (H2S negativ) leicht von Kontaminanten unterschieden werden. Escherichia coli, Campylobacter, Yersinia und ECBO virus sind weniger widerstandsfähig als Salmonella Senftenberg. Das bovine Parvovirus ist allerdings erheblich thermoresistenter und auch wenn die Verfahren zur Reisolierung und Vermehrung wesentlich arbeits- und kostenintensiver sind als bei Bakterien hat die Anwendung des BPV für bestimmte Zwecke eine praktische Bedeutung. In kürzlich abgeschlossenen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Salmonella Senftenberg W 775 bei der Kompostierung die meisten viralen Tierseuchenerreger, die in diesem Zusammenhang eine Bedeutung besitzen könnten, abdeckt [15, 38]. Diese Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengefasst und bei Temperaturen über 55 °C wird die Infektiosität der hier in Frage kommenden Viren in relativ kurzer Zeit um drei bis vier Zehnerpotenzen reduziert, das reicht aus um ein mittleres Risiko wie es bei Bioabfällen auftreten kann abzudecken. Wie aus den Tabellen 4 und 5 hervorgeht trifft dies auch für thermophile Biogasanlagen zu, allerdings wenn ein erhöhtes Risiko wie es bei der Vergärung von Abfällen aus Speisegaststätten und Großküchen anzunehmen ist auftritt, sollte zusätzlich das BPV bei der direkten Prozessprüfung herangezogen werden, wobei in Abstimmung mit der zuständigen Behörden mindestens eine Reduktion von 3 Zehnerpotenzen für das BPV zu fordern ist [24,38]. Die indirekte Prozessprüfung in Kombination mit Vorschriften zur Prozesssteuerung ist ein weiter Weg, der zur Überwachung von biotechnologischen Anlagen zur Behandlung organischer Abfälle von Bedeutung ist. Im Anhang 2 zur Bioabfallverordnung und im ATV M365 sind entsprechende Empfehlungen fixiert. Die indirekte Prozessprüfung mit Messung von Temperatur, pH-Wert, Aufenthaltsdauer usw.allein hat jedoch ebenfalls eine Reihe von Vor- und Nachteilen: - Vorteil: Vorteil: - Nachteil: Sie ist leicht und schnell vor Ort durchzuführen. Eine kontinuierliche Überwachung ist möglich, die Ergebnisse sind sofort verfügbar. Vorteile: keine speziellen Fachkenntnisse und Speziallaboratorien sind notwendig. Die Messdaten besitzen eine direkte Repräsentativität für den gesamten Prozess (Gradientenbildung im Material!) Stand WS 2009/2010 15 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) - Nachteil: - Nachteil: Negative Einflüsse durch inhomogenes Material können nicht erkannt werden. Nur wertvoll in Kombination mit einer direkten Prozessprüfung zur Festlegung der einzuhaltenden Messwerte (Validierung des Verfahrens). Die Messdaten Temperatur, Befüllung, Entleerung, Gasmenge bei Biogasverfahren, Umsetzen von Mieten bei der Kompostierung, etc.) müssen prüffähig aufgezeichnet werden, und diese Aufzeichnungen müssen für die Dauer von drei Jahren aufbewahrt werden. Nur die Kombination der Validierung eines Behandlungsprozesses aus der Sicht der Produkthygiene und der Überwachung der Einhaltung der notwendigen Betriebsparameter einer validierten Anlage mit der stichprobenartigen Kontrolle des Produktes erscheint vor diesem Hintergrund sinnvoll und hält den Überwachungsaufwand in Grenzen. Dieses Vorgehen erleichtert auch die Durchführung der Endproduktkontrolle. Eine Beschränkung auf den Parameter Salmonellen ist dadurch möglich und auch allein sinnvoll, der, solange nicht ein anderer Indikatororganismus ausgemacht werden kann, vergleichbar häufig im Ausgangssubstrat vorkommt und entsprechend zuverlässig aus Umweltproben angereichert werden kann. Aus dieser Prüfnotwendigkeit ergeben sich bauliche Anforderungen an die Anlage, die schon bei der Konstruktion und Planung berücksichtigt werden sollten. Zugangsöffnungen an der Vorerhitzungseinrichtung, und/oder am Reaktor zum Einbringen der Probenträger. Messfühler für Temperatur an den für die thermische Keiminaktivierung relevanten Anlagenteilen (Vorerhitzung). Messung von Temperatur und pH-Wert im Material im Bereich der Probenträger. Zwangssteuerung für Befüllung und Entnahme (erst Entnahme, dann Befüllung) bei Anaerobreaktoren. Hier ist in diesem Zusammenhang nur auf die human- und veterinärmedizinischen Aspekte der Hygiene eingegangen worden, die Frage der Phytohygiene, die gleichermaßen wichtig ist, kann hier nur angerissen werden. Die Tabelle 6 gibt eine Zusammenfassung der seuchen- und phytohygienischen Überprüfung von Verfahren zur Bioabfallbehandlung nach den gültigen gesetzlichen Vorgaben. Allerdings ist für den Bereich der Überwachung anaerober Prozesse im Hinblick auf die zu verwendeten Prüfkeime und Verfahren die Entwicklung noch nicht abgeschlossen. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass die für die Kompostierung erprobte Vorgehensweise sich nicht ohne Weiteres auf die Anaerobbehandlung übertragen lässt. 1.7 Verfahrensspezisfische Besonderheiten Trotz vieler Gemeinsamkeiten, was die grundsätzlichen Fragen der Hygiene angeht, hat die Beurteilung und Überprüfung der verschiedenen biotechnologischen Prozesse, je nach angewandtem Verfahren auch einige Besonderheiten. Hier sollen die in der Tabelle 7 aufgeführten Verfahren betrachtet werden. Dabei sind es insbesondere die Empfehlungen zur Prozesssteuerung, die vordergründig unterschiedlich sind. 1.7.1 Aerobe Verfahren Stand WS 2009/2010 16 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Wenn in diesem Zusammenhang von aeroben Verfahren die Rede ist, so ist ausnahmslos die Kompostierung gemeint. Die offene Mietenkompostierung wird hier anders behandelt als die in geschlossenen Reaktoren. Die im Anhang 2 zur Bioabfallverordnung gegebenen Empfehlungen zur Prozesssteuerung sind, was die hygienerelevanten Parameter angeht, wie folgt: - Offene Kompostierung: - Offene Kompostierung: - Geschlossene Systeme: 55 °C über 2 Wochen im gesamten Mischgut 65 °C über 1 Woche im gesamten Mischgut 60°C über 1 Woche im gesamten Mischgut Wichtig ist der Hinweis auf das gesamte Mischgut, insbesondere bei der Mietenkompostierung haben die Randpartien oder die Sohle der Miete in der Regel tiefere Temperaturen als der Mietenkern. Dementsprechend muss gewährleistet sein, dass durch Umsetzen diese Bereiche auch die Heißrottezone durchlaufen. Auch wenn in geschlossenen Reaktoren die Temperaturverteilung gleichmäßiger ist, kann es verfahrensabhängig namentlich durch unterschiedliche Wärmeabführung durch die Belüftung zu unterschiedlichen Temperaturbereichen im Rottegut kommen. Solche Defizite können nicht entdeckt werden, wenn die Prozesstemperatur in der Abluft gemessen wird, aus Gründen der hygienischen Sicherheit und der prozessbezogenen Nachvollziehbarkeit ist es unbedingt notwendig, die Temperatur bei der direkten und indirekten Prozessprüfung an repräsentativen Stellen im Material selbst, bei der direkten Prozessprüfung nach Möglichkeit in unmittelbarer Nähe der eingelegten Prüfkörper zu messen und zu registrieren. Die Prozesssicherheit bei geschlossenen und offenen Verfahren erhöht sich durch eine entsprechend lange Nachrotte erheblich. Frischkompost ist durch seinen hohen Gehalt an organischen Nährstoffen und durch die Feuchtigkeit besonders anfällig für eine Nachverkeimung und birgt die Gefahr in sich, dass sich bakterielle Toxine bilden. Je höher der Rottegrad desto unanfälliger ist der Kompost für Bakterienwachstum nach accidenteller räumlich begrenzter Rekontamination. Aus Sicht der Produkthygiene ist deshalb insbesondere bei der Reaktorkompostierung ein zweistufiges Verfahren einem einstufigen vorzuziehen. Die direkte Prozessprüfung bei der Kompostierung macht in der Regel keine praktischen Probleme, die veterinär- und humanmedizinisch relevanten Prüforganismen werden bei ordnungsgemäßer Prozessführung ebenso zuverlässig inaktiviert wie die phytopathogenen Erreger und die Tomatensamen. Bei der Endproduktkontrolle kann es durch Mängel in der Betriebshygiene zur Salmonellenisolierung aus dem fertigen Material kommen. Durch Beseitigung der Hygienedefizite in Verbindung mit der Erhöhung des Rottegrades sowie der Herabsetzung des Wassergehaltes können diese Mängel in der Regel abgestellt werden. In diesem Zusammenhang ist die Verwendung von Prozessabwasser zur Befeuchtung des Kompostierungsgutes im Endstadium des Prozesses ein häufiger Fehler, der unbedingt vermieden werden sollte. 1.7.2 Anaerobe Verfahren Mesophile Verfahren sind, obwohl der Prozess ein gewisses biozides Potential hat, grundsätzlich nicht geeignet in den vorgegebenen Aufenthaltszeiten für das Substrat allein eine Entseuchung herbeizuführen, thermophile Verfahren können, wenn sie im Chargenbetrieb gefahren werden bei ausreichend langen Aufenthaltszeiten (über 20 h ) die human- und veterinärmedizinisch relevanten Krankheitserreger im Substrat bis auf einige wenige Ausnahmen inaktivieren. Aus diesem Grund hat der Gesetzgeber auch folgende Vorgaben für die Prozesssteuerung fixiert: Stand WS 2009/2010 17 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) In Vergärungsanlagen muss die Abfallmatrix so behandelt werden, dass eine Mindesttemperatur von 55 °C über einen zusammenhängenden Zeitraum von 24 Stunden sowie eine hydraulische Verweilzeit im Reaktor von mindestens 20 Tagen erreicht wird. Bei niedrigen Betriebstemperaturen oder kürzerer Einwirkungszeit muss entweder eine thermische Vorbehandlung der Inputmaterialien (70 °C; 1 Stunde) oder eine entsprechende Nachbehandlung der Produkte (Erhitzung auf 70 °C; 1 Stunde) bzw. eine aerobe Nachrotte der separierten Gärrückstände (Kompostierung) durchgeführt werden. Diese Formulierung enthält einen deutlichen Sicherheitszuschlag, was die Seuchenhygiene betrifft. Nach dem derzeitigen Stand der Kenntnis ist die untere vertretbare Prozesstemperatur 53 °C und eine den praktischen Verhältnissen angepasste reale Aufenthaltszeit von 20 h würde auch genügen. Der limitierende Faktor in der direkten Prozessprüfung ist unabhängig von der epidemiologischen Bedeutung der verwendeten Prüforganismen, die Phytohygiene. Hier reicht in der Regel eine reale Aufenthaltszeit von 24 Stunden bei 55 °C nicht für eine vollständige Inaktivierung des Tabakmosaikvirus aus, sondern die mittlere hydraulische Aufenthaltszeit von 20 Tagen hat bei den an das Pflanzenmaterial gebundenen Viren eine wichtige zusätzliche Bedeutung für die Inaktivierung. Dies kann bei Anaerobanlagen, die mit festem Substrat betrieben werden, toleriert werden, weil gebunden an das Pflanzenmaterial hier mit hoher Wahrscheinlichkeit auch die Aufenthaltszeit von 20 Tagen eingehalten wird, und anders als die seuchenhygienisch relevanten Salmonellen, der Erreger selbst, wenn er zu einem unbedenklichen Anteil mit der flüssigen Phase verschleppt wird, sich nicht im gelagerten Endsubstrat vermehren kann. Gäranlagen mit flüssigem Substrat müssen anders betrachtet werden, hier muss die Frage diskutiert werden, ob aus phytohygienischen Erwägungen nicht, falls keine Vorerhitzung erfolgt, eine Nachkompostierung der abgetrennten Feststoffe vorzugeben ist. Es muss allerdings auch darauf hingewiesen werden, dass anders als in der Virologie der seuchen- und tierseuchenrelevanten Erreger die Quantifizierung der Infektiosität nicht auf einer Bestimmung der Zahl der infektiösen Partikel beruht, für das Tabakmosaikvirus wird im Bioversuch lediglich der Grad der Restinfektiosität bestimmt. Ob dann die Anzahl von auf dem Blatt gefundenen Läsionen mit den epidemiologischen Gegebenheiten übereinstimmt muss noch untersucht werden, bevor hier endgültige Schlüsse möglich sind. Ferner muss geprüft werden ob nicht ein Verfahren, das zu einer direkten Quantifizierung der überlebenden infektiösen Partikel führt, etabliert werden kann, um die Inaktivierungsrate im Prozess genau bestimmen zu können. 1.7.3 Kombinierte Verfahren Wie im vorhergehenden Abschnitt schon festgestellt, ist bei mesophilen Anaerobanlagen und bei mehr oder weniger kontinuierlich beschickten thermophilen Biogasanlagen eine Vorbzw. Nacherhitzung oder eine Kompostierung der Feststoffe notwendig. Die Vorerhitzung 70 °C /1 h reicht in der Regel aus, die Mengen von seuchenrelevanten Erregern zu inaktivieren, die im Normalfall zu erwarten sind. Allerdings haben Bauart und Betriebsweise von Vorerhitzungseinrichtungen durchaus einen Einfluss auf die Inaktivierungsrate, die mindestens 5 Zehnerpotenzen bei Salmonella Senftenberg W 775 (H2S negativ) betragen muss. Nicht immer wird die vorgeschriebene Temperatur und Aufenthaltszeit bei 70 °C in allen Teilen des Materials eingehalten, weshalb im Rahmen der Prozessprüfung diese Verfahrensstufe stets überprüft werden muss, gegebenenfalls in Kombination mit dem Anaerobreaktor selbst. Entsprechendes gilt für die Vorrichtungen zur Nacherhitzung. Generell ist eine Vorerhitzung einer Nacherhitzung vorzuziehen, weil nacherhitztes Material in einigen Fällen eher zur Wiederverkeimung neigt. Im Hinblick auf die Phytohygiene reicht die Vorerhitzung vielfach nicht aus, die Restinfektiosität bei Tabakmosaikvirus unter den Stand WS 2009/2010 18 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) vorgeschriebenen Wert abzusenken. Die beiden anderen Prüforganismen werden in der Regel in ausreichendem Maß inaktiviert. Hier ist auf jeden Fall der Prozess in die Hygienebeurteilung mit einzubeziehen, prinzipiell gilt das unter 1.7.2 dargelegte. Bei einer Verfahrenskombination, bei der erst eine Anaerobbehandlung, dann Nachkompostierung der abgetrennten Feststoffe erfolgt, ist zunächst einmal der Kompostierungsprozess als der eigentliche keiminaktivierende Verfahrensschritt zu betrachten, wenn es sich um eine mesophile Vergärung ohne Vorerhitzung handelt. Hier ist weder aus seuchen-, noch aus phytohygienischer Sicht eine besondere Problematik in der Prozessüberprüfung zu sehen. Es gelten die Vorgaben für die Kompostierung (s. auch 1.7.1). Problematisch ist nicht nur von der Schadstoffseite sondern auch der Hygiene her die Verwertung der abgetrennten flüssigen Phase als Düngemittel. Ohne eine chemische oder physikalische Entseuchung ist diese nicht möglich. Bei thermophilen Biogasanlagen kann die Kombination aller Verfahrensschritte bei der direkten Prozessprüfung berücksichtigt werden, auf jeden Fall bedeutet die Kombination eine Erhöhung der Sicherheit aus der Sicht der Seuchen- und Phytohygiene. Auf die Besonderheiten bei der Verarbeitung von Rohmaterialien mit hohem Risiko und tierkörperbeseitigungspflichtigen Abfällen wurde bereits weiter oben hingewiesen. Stand WS 2009/2010 19 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Bild 1 Inhaltsverzeichnis des ATV M365 [2] Bearbeitung Benutzerhinweis Einführung 2 Gesetzlicher Rahmen 3 Anforderungen an den Standort ................................ 2 ................................ 5 ................................ 5 ................................ 6 6 ............................ 7 3.1 3.2 Umwelthygiene Seuchenhygiene 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.3.1 4.2.3.2 4.2.3.3 4.2.3.4 4.2.3.5 4.2.3.6 Gestaltung der Betriebsanlagen und des Betriebes Außengelände Betrieb Umwelthygiene Betriebs- und Seuchenhygiene Arbeitsschutz Anlieferung Sortierung Aufbereitung biologischer Abfälle Rotte Fertigprodukt-Verarbeitung Übergreifende Regelungen 5 5.1 5.1.1 5.1.1.1 5.1.1.2 5.1.1.3 5.1.1.4 5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.2.1 5.1.2.2.2 5.1.2.2.3 5.1.2.3 5.1.2.3.1 5.1.2.3.2 5.1.2.3.3 5.1.2.4 5.1.2.5 5.2 5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.2.1.4 5.2.2 5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.2.1 5.2.2.2.2 5.2.2.2.3 5.2.2.3 5.2.2.4 5.3 Anforderungen an die Verfahren .......................... 12 Direkte Prozessprüfung: Aerobe Verfahren .......................... 13 Seuchenhygiene .......................... 13 Grundsätze und Beurteilung .......................... 13 Methodik .......................... 14 Endproduktkontrolle .......................... 15 Bewertung der Prüfergebnisse .......................... 15 Phytohygiene .......................... 15 Grundsätze und Beurteilung .......................... 15 Herstellung der Proben mit Testorganismen .......................... 15 Plasmodiophora brassicae .......................... 15 Tabak-Mosaik-Virus .......................... 16 Tomatensamen .......................... 16 Nachweis der Überlebensfähigkeit der verwendeten Testorganismen ..................... 16 Nachweis der Infektiösität von Plasmodiophora brassicae .......................... 16 Nachweis der Infektiösität von Tabak-Mosaik-Virus .......................... 17 Bestimmung der Keimrate der Tomatensamen .......................... 18 Endproduktkontrolle .......................... 19 Bewertung der Prüfergebnisse .......................... 19 Direkte Prozessprüfung: Anaerobe Verfahren .......................... 20 Seuchenhygiene .......................... 21 Grundsätze und Beurteilung .......................... 21 Methodik .......................... 21 Endproduktkontrolle .......................... 22 Bewertung der Prüfergebnisse .......................... 22 Phytohygiene .......................... 22 Grundsätze und Beurteilung .......................... 22 Methodik .......................... 22 Prüfmethode mit Tabak-Mosaik-Virus (TMV) .......................... 22 Prüfmethode mit Plasmodiophora brassicae .......................... 22 Prüfmethode mit Tomatensamen .......................... 22 Endproduktkontrolle (Phythohygiene) .......................... 22 Bewertung der Prüfergebnisse .......................... 23 Indirekte Prozessprüfung: Aerobe und Anaerobe Verfahren .......................... 23 Anhang I Anhang II Anhang III Literatur Stand WS 2009/2010 ............................ 7 ............................ 7 ............................ 8 ............................ 8 ............................ 8 ............................ 9 .......................... 10 .......................... 10 .......................... 11 .......................... 11 .......................... 12 .......................... 12 .......................... 12 .............................. 25 .............................. 28 .............................. 29 33 20 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) 1,00E+06 KBE/m³ Luft 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 Bild 2 Lee 500 Lee 200 Lee 100 Lee 50 Tätigkeit 2 Tätigkeit 1 Luv 100 Luv 200 1,00E+00 GKZ Schimmelpilze 30°C,EmissionsMalz Actinomyceten Jahresmittelwerte von Referenz-, und Immissionswerten der 50°C Actinomyceten 50 °C zu Schimmelpilzen 30 °C am Beispiel einer offenen Kompostierungsanlage [22] Stand WS 2009/2010 21 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Die Konzentrationen gelten nur bei Ausbringung von 0,4 l Gebrauchlösung pro m2 Oberfläche Name 1 Hersteller/ *Vertreiber 2 Wirkstoffe 3 Richtlinien- (Bezug gegen Selbstkostenpreis und Rückporto) u. Listenversand (gegen frankierten Rückumschlag): Geschäftsstelle der DVG, Frankfurter Str. 89, D-35392 Gießen, (Tel. (0641) 2 44 66, Fax (0641) 2 53 75 Bild 3: Gebrauchskonzentration und Mindesteinwirkzeit in Volumen-Prozent (V-%) Bakterizidie Spez. Des. Vorb. Des. 4a 4b Tuberkulozidie Fungizidie 5 6 Viruzidie viruzid 7a Antiparasitäre Wirkung Begr. WurmViruzid eier 7b 8a Kokzidien 8b 2% 2h Kopf der Liste zur Auswahl eines geeigneten Desinfektionsmittels [20] Stand WS 2009/2010 22 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) nicht gezielte Tätigkeiten Zuordnung zu Schutzstufen 1 bis 4 § 7 Abs. 2 Auswahl von Sicherheitsmaßnahmen § 7 Abs. 2 und Anhang II und III Schutzstufe 1 Gefährdung vergleichbar Schutzstufe 2 Gefährdung Risikogruppe 1 vergleichbar Risikogruppe Schutzstufe 3 Schutzstufe 4 Gefährdung Gefährdung vergleichbar Risikogruppe 3 vergleichbar Risikogruppe 4 Zusätzlich zu den Maßnahmen der Schutzstufe 2: Beschäftigte fachkundig und unterweisen § 10 Abs.5 Notfallplan § 10 Abs.6 Nr.3 Anzeigepflicht § 13 Abs.1, § 13 Abs.6 Verzeichnis der Beschäftigten § 13 Abs.3, § 13 Abs.6 Aufbewahrung (10 Jahre) § 13 Abs.4, §13 Abs.6 Unterrichtung der Behörden bei Unfällen §16 Abs.2 Einzelfallanalyse 2 Mindestschutzmaßnahmen der TRBA 500 sind einzuhalten Anhang II und III Abs. 1 Zusätzlich zu den Maßnahmen der Schutzstufe 1: Dokumentation der Gefährdungsbeurteilung auch bei weniger als 10 Beschäftigte § 8 Verzeichnis der biologischen Arbeitsstoffe § 8 Kennzeichnung der Arbeitsplätze § 10 Abs.6 Getrennte Aufbewahrung der Schutzkleidung § 11 Abs.1 Ggf. Ermittlung der Kontamination § 11 Abs.2 Verbot von Essen, Trinken, Rauchen § 11 Abs.3 Betriebsabweisung § 12 Abs. 1 Unterweisung § 12 Abs.2 Arbeitsanweisung § 12 Abs. 3 Anzeigepflicht § 13 Abs.1 Arbeitsmedizinische Vorsorge anbieten § 15 Abs.2 Impfung anbieten § 15 Abs.4 Ermächtigung von Ärzten § 15 Abs.5 Bild 4 Maßnahmen gemäß Bioabfallverordnung bei nicht gezielten Tätigkeiten [18] Stand WS 2009/2010 23 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle 1: Epidemiologische Risiken der landwirtschaftlichen Verwertung Rest- und Abfallstoffe Bestehendes Risiko Direkte Übertragung auf landwirtschaftliche Nutztiere Direkte Übertragung auf den Menschen Indirekte Übertragung landwirtschaftliche Nutztiere Indirekte Übertragung auf den Menschen Eintrag in die Umwelt, Belastung der Biozoenose Übertragungsmodus Stand WS 2009/2010 organischer Kontamination von Weiden Einschleppung von Krankheitserregern bei Lagerung und Verarbeitung in der Nähe von Tierhaltungen Aerogen bei der Ausbringung Handhabung kontaminierter Produkte im Haushalt Beruflicher Umgang mit kontaminierten Produkten Über Futter von kontaminierten Standorten Über belebte Vektoren Durch Eintrag von Zoonoseerregern in die Nahrungskette Durch über Vektoren kontaminierte Nahrungsmittel Persistenz in der Umwelt über die Fauna (z.B. Krankheitserreger) Persistenz in der Umwelt über die Mikroflora (z.B. Antibiotikaresistenzen) 24 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle 2: Arten von Krankheitserregern die in biogene Rest- und Abfallstoffen zu erwarten sind A. Herkunft Aus Kommunen Bioabfall Speiseabfälle B. Aus Industrie und Handwerk Schlachtung und Fleischverarbeitung Verarbeitung tierischer Rohstoffe Abwasserreinigung C. Aus der Landwirtschaft Flüssigmist Festmist Stand WS 2009/2010 Gruppe von Krankheitserregern Bakterien + Viren Bakterien, Viren, Parasiten Bakterien, Viren, Parasiten Viren + Bakterien Bakterien, Viren, TSE-Erreger Bakterien, Viren, Parasiten Bakterien, Viren, Parasiten 25 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle 3: Inaktivierungszeiten für einige ausgewählte virale Tierseuchenerreger bei der Kompostierung in einer Rottebox im halbtechnischen Maßstab mit Temperaturen in Bereichen zwischen 25 °C und 65 °C Tierseuchenerreger SVD – Virus MKS – Virus ESP – Virus AK – Virus ASP – Virus 1 2 Ausgangstiter 1) 6 – 8 log 10 KID50 6 – 7 log 10 PFU 5 – 6 log 10 KID50 5 – 6 log 10 KID50 5 – 6 log 10 KID50 Nachweisgrenze 1 1 - 4 log KID50 1 - 2 log 10 PFU 1 log 10 KID50 1 log 10 KID50 1-2 log 10 KID50 Inaktivierungszeiten 27 h - 72 h 2) 12 h - 144 h 12 h - 144 h 20 h - 192 h 27 h - 168 h2) Werte grob gerundet Keine ausreichende Inaktivierung innerhalb von 27 h wenn nicht wenigstens Werte von 55 °C erreicht wurden Stand WS 2009/2010 26 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle 4: Dezimale Reduktionsraten in Stunden (T90 -Werte) ermittelt bei der Kofermentation [24]) T90 in Temperatur Stunden Gülleart 30 °C 30 °C 30 °C 35 °C 50 °C 50 °C 55 °C 55 °C RG SG SG* RG RG SG RG SG Keimträgerart Bakterien: EHEC Volumen 78,48 52,08 n.u. 27,60 0,43 0,40 0,08 0,03 0,03 0,02 S. senftenberg Volumen 56,40 41,76 34,08 25,20 0,60 0,53 0,11 0,07 0,06 0,06 Strept. faec. Volumen 186,24 74,40 143,04 93,36 7,48 11,26 1,70 1,64 Viren: ECBO Volumen 16,13 34,60 23,28 10,58 0,93 0,12 0,10 0,07 ECBO Sandwich 43,44 24,72 25,20 17,36 0,61 0,12 0,24 0,07 ERV Volumen 13,53 23,98 n.u. n.u. 1,38 0,89 0,13 0,28 ERV Sandwich 34,08 25,92 n.u. n.u. 0,96 0,72 0,54 0,20 Polio Volumen n.u. 22.32 n.u. n.u. 1,05 0,71 0,09 0,07 Polio Sandwich n.u. 32,16 n.u. n.u. 0,63 0,18 0,07 0,03 BPV Volumen n.u. n.u. 317,53 n.u. 23,26 28,41 11,99 31,06 7,87 6,17 BPV Sandwich n.u. n.u. 180,24 n.u. 20,41 10,48 14,27 4,67 5,47 n.u. = nicht untersucht * = abgelagerte Schweinegülle ohne Rindergülle SG = Schweinegülle Speisereste RG = Stand WS 2009/2010 27 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle:5 Tierseuchenerreger T90-Werte (D-Werte) ausgewählter viraler Tierseuchenerreger in einer halbtechnischen Anlage zur Kofermentation von Gülle mit Speiseresten bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen. Dargestellt sind unabhängig von der gewählten Expositionstechnik, die in der jeweiligen Prüfsituation erhaltenen höheren Werte [38] Betriebstemperatur Gülleart 30 °C RG 35 °C SG RG 50 °C 55 °C SG RG SG RG SG SVD-Virus 30,33 h 28,5 h 17,83 h 13,7 h 0,13 h 0,06 h 0,04 h 0,02 h MKS-Virus 13,0 h 11,5 h 11,16 h 5,0 h 0,43 h 0,40 h 0,13 h 0,20 h ESP-Virus 0,9 h 0,73 h 0,46 h 0,43 h 0,15 h 0,12 h 0,05 h 0,06 h AK-Virus 1,51 h 1,43 h 1,56 h 1,31 h 0,13 h 0,18 h 0,09 h 0,05 h ASP-Virus 1,45 h 2,63 h 1,21 h 4,55 h 0,86 h 1,11 h 0,16 h 0,21 h Stand WS 2009/2010 28 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle [6]: Prüfungsumfang zum Nachweis der seuchen- und phytohygienischen Unbedenklichkeit bim Kompostierungs- und Vergärungsanlagen Qualitätsparameter Seuchen- und phytohygienische Unbedenklichkeit Seuchen- und Phytohygiene Anzahl der Untersuchungsgänge Anzahl der Prüforganismen Seuchenhygiene Phytohygiene Direkte Prozessprüfung Indirekte Prozessprüfung Produktprüfung Kontrolle des Wirkungsgrades des Verfahrens Fortlaufende Temperaturkontrolle Endproduktkontrolle 3), 4) Neu errichtete Kompostierungs- und Vergärungsanlagen (innerhalb von 12 Monaten nach Inbetriebnahme), bereits geprüfte Anlagen bei Einsatz neuer Verfahren oder wesentlicher Änderung der Verfahren/Prozessführung (innerhalb von 12 Monaten nach Einsatz/Änderung), bestehende Anlagen ohne Hygieneprüfung der Anlage oder des Verfahrens innerhalb der letzten fünf Jahre vor Inkrafttreten dieser Verordnung (innerhalb von 18 Monaten nach Inkrafttreten dieser Verordnung). 2 Untersuchungsgänge; bei offenen Anlagen einer im Winter Kontinuierliche Temperaturmessung Regelmäßige Prüfung des abgabefertigen Kompostes und Gärrückstandes auf an drei repräsentativen Stellen im hygienische Unbedenklichkeit. Hygienisierungsbereich (-teil), prüffähige Aufzeichnung von Daten (u.a. Umsetztermine, Feuchtigkeitsgehalt, Befüllung/ Entleerung) Permanente, nachprüfbare Aufzeichnung (5 Jahre Aufbewahrung) 1 Testorganismus (Salmonella senftenberg W775, H2S-neg.) - 3 Testorganismen (Plasmodiophora brassicae, Tabak-Mosaik-Virus, Tomatensamen) - Probenzahl (je Testdurchgang): - Seuchenhygiene Phytohygiene 24 1), 2) 36 1), 2) Summe, gesamt 60 1) 2) 3) 4) Kontinuierlich über ein Jahr verteilt, mindestens jedoch halbjährlich (Anlagen-Durchsatzleistung 3000 t/a), vierteljährlich (Anlagen-Durchsatzleistung > 3000 t/a) Salmonellen (In 50 g Kompost oder Gärrückstand nicht nachweisbar) Keimfähige Samen und austriebsfähige Pflanzenteile; weniger als 2 pro Liter Prüfsubstrat Anlagendurchsatz in Jahrestonnen: 1. 3000 (6 Proben/Jahr), 2. > 3000 - 6500 (6 Proben/Jahr + je angefangener 1000 t eine weitere Probe), 3. > 6500 (12 Proben/Jahr + je angefangener 3000 t eine weitere Probe) Halbe Probenzahl bei kleinen Anlagen (Mengendurchsatz 3.000 t/a) Die direkte Prozessprüfung in Vergärungsanlagen kann auch in mehreren Durchgängen hintereinander erfolgen. So kann z.B. der für die thermische Inaktivierung relevante Anlagenteil in drei Chargen an drei aufeinanderfolgenden Tagen untersucht werden. Die Aussagen zur seuchenhygienischen Unbedenklichkeit von behandelten Materialien gelten nur, wenn sowohl die Endproduktprüfungen als auch die Prozessprüfungen bestanden wurden. Die Proben sind Sammelmischproben (ca. 3 kg) aus je fünf Teilproben des abgabefertigen Produktes. Stand WS 2009/2010 29 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Tabelle 7: Biotechnologische Verfahren zur Behandlung organischer Rest- und Abfallstoffe A. Aerobe Verfahren Kompostierung: einstufig / mehrstufig - in geschlossenen Systemen - in offenen Systemen B. Anaerobe Verfahren: einstufig / mehrstufig fest / flüssig - mesophile Vergärung bei 37 °C bis 45 °C) - thermophile Vergärung bei 53 °C (ab 50 °C) C. Kombinierte Verfahren - erst anaerob dann aerob erst Erhitzung dann Vergärung erst Vergärung dann Erhitzung Stand WS 2009/2010 30 Mikrobiologie und Biosafety bei der Nutzung von Biomasse (4402-022) Literatur [1] ASSMANN, E.: Mikrobiologische Untersuchungen von Luft und Substrat im Bereich der Bioabfallkompostierung. Agrarwiss. Diplomarbeit, Inst. für Umwelt- und Tierhygiene sowie Tiermedizin, Universität Hohenheim(1992). [2] ATV : ATV – M365 Hygiene der Abfallbehandlung – Hinweise zu baulichen und organisatorischen Maßnahmen, (1999). [3] BENDIXEN, H.G.: Hygienic safety - Results of scientific investigations in Denmark (Sanitation requirements in Danish biogas plants), pp 27-47. IEA Bioenergy Worksohp (Proceedings) Deutschland Veterinärmedizinsiche Gesellschaft e. V. [1999] [4] BioAbfV – Verordnung über die Verwertung von behandelten und unbehandelten Bioabfällen auf landwirtschaftlich, forstwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Flächen (Bioabfallverordnung), 21. 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