Artykuły

Olbrzymim problemem w produkcji drobiu są chorobotwórcze bakterie i wirusy obecne w powietrzu.

Niestety, wylęgarnie i fermy drobiu są szczególnie narażone na kontaminację bakteriami, wirusami oraz grzybami, które mogą prowadzić do groźnych chorób zakaźnych:

• Salmonella – bakteria wywołująca salmonellozę, poważną infekcję przewodu pokarmowego,
• Escherichia coli – bakteria powodująca kolibakteriozę, która prowadzi do zakażeń jelitowych i posocznicy,
• Wirus grypy typu A – odpowiedzialny za ptasią grypę, ostrą chorobę ogólnoustrojową, której śmiertelność może sięgać nawet 100%,
• Aspergillus – pleśń mogąca wywołać aspergilozę, chorobę płuc u piskląt.

Zagrożenie ze strony patogenów obejmuje cały cykl produkcji drobiu, począwszy od stad reprodukcyjnych, przez wylęgarnię, fermę brojlera, skończywszy na ubojni. Infekcje drobiu nie tylko powodują ogromne straty finansowe dla hodowców, ale stanowią także zagrożenie konsumentów.

Bakterie Salmonella bytują naturalnie w jelitach zdrowych ptaków. Szybko namnażają się w przewodzie pokarmowym, nawet w trakcie tzw. bezobjawowego nosicielstwa. Ryzyko infekcji wzrasta, gdy pojawiają się czynniki osłabiające odporność zwierząt, takie jak zbyt duże zagęszczenie ptaków w kurniku, niedostateczna wentylacja powietrza czy zawilgocona ściółka. Rozprzestrzenianie się wirusów i bakterii może również nastąpić przez zanieczyszczoną paszę, wodę, nawóz, odchody, sprzęt i środki transportu, a także poprzez człowieka – zanieczyszczone ubranie, obuwie lub sprzęt mogą prowadzić do masowych zakażeń drobiu i jaj.

W Polsce stosowanie antybiotyków w hodowlach drobiu jest dozwolone jedynie podczas leczenia, pod ścisłym nadzorem lekarza weterynarii. Po zakończeniu terapii antybiotykowej obowiązuje okres karencji – czas potrzebny na rozkład składników leku do poziomu bezpiecznego dla zdrowia ludzkiego. Zakaz stosowania antybiotyków w profilaktyce utrudnia ochronę inwentarza przed infekcjami. Zastanawiające są jednak dane z raportu przygotowanego przez Cóilína Nunana dla Europejskiego Sojuszu na rzecz Zdrowia Publicznego (European Public Health Alliance) z 2022 roku, który wykazuje, że w 2020 roku sprzedaż antybiotyków weterynaryjnych w Polsce była drugą najwyższą w Europie, zaraz po Hiszpanii. Sprzedaż tych leków w Polsce stanowiła 15,4% całkowitej sprzedaży antybiotyków weterynaryjnych w 31 krajach europejskich, objętych europejskim nadzorem nad spożyciem środków przeciwdrobnoustrojowych weterynaryjnych (ESVAC), mimo że polskie zwierzęta hodowlane stanowią jedynie 7,3% całej hodowli w Europie. Te dane niestety potwierdzają, że w Polsce mamy poważny problem z nadużywaniem antybiotyków w hodowlach drobiu.

Niebagatelnym problemem, szczególnie na fermach, są odory emitowane do środowiska. Obecne rozwiązania i zalecenia Ministerstwa Rolnictwa ograniczają się głównie do restrykcji i zakazów dotyczących zabudowy na terenach przyległych do ferm. Problem ten nie dotyczy jednak wyłącznie ferm – to znacznie szersza kwestia, która wymaga systemowych rozwiązań. Skargi i protesty mieszkańców okolicznych terenów spowalniają proces planowania, budowy oraz uruchamiania hodowli. Bezsprzecznie, problem uciążliwości zapachowej negatywnie wpływa na wizerunek całej branży rolniczej, w tym również drobiarskiej. Dlatego konieczne jest poszukiwanie innowacyjnych rozwiązań, które sprostają wyzwaniom związanym z opłacalną i zdrową produkcją drobiarską, dzięki którym ograniczy się konieczność stosowania terapii farmakologicznej, ograniczy emisję uciążliwych zapachów i zanieczyszczeń wody. Rozwiązania te powinny być zgodne z zasadami zrównoważonego rozwoju i zapewniające bezpieczeństwo żywności, pracowników i środowiska.

Rys. 1. Zdjęcia bramki fotokatalitycznej

Unikalnym i skutecznym systemem do dezynfekcji powietrza i powierzchni dedykowanym dla obiektów inwentarskich jest bramka fotokatalityczna (Rysunek 1). Technologia ta została dokładnie przetestowana zarówno w badaniach laboratoryjnych jak i w rzeczywistych na wylęgarniach drobiu.

Technologia bramki fotokatalitycznej opiera się na zjawisku fotokatalizy,
 w którym dwa kluczowe elementy – odpowiedni fotokatalizator i właściwe źródło światła – umożliwiają rozkład zanieczyszczeń organicznych i mikrobiologicznych (Rysunek 2).

Rys. 2. Czynniki determinujące skuteczność procesu fotokatalizy

Aktywnym elementem systemu jest fotokatalizator – dwutlenek tytanu (TiO₂), który podczas oświetlania światłem UV pochłania je, co w obecności tlenu i wilgoci prowadzi do wytworzenia reaktywnych związków tlenu (ROS), takich jak rodnik wodoronadtlenkowy (HO₂•), rodnik hydroksylowy (HO•) oraz nadtlenek wodoru (H₂O₂) (Rysunek 3). Kluczowym dla skuteczności bramki fotokatalitycznej jest dobór odpowiedniego źródła światła UV, które umożliwia zajście reakcji utleniania i dodatkowo generuje niewielkie ilości ozonu. Dzięki silnemu działaniu utleniającemu cząsteczek ROS wszelkie zanieczyszczenia organiczne i mikrobiologiczne są rozkładane (utleniane) do prostych substancji, takich jak dwutlenek węgla i woda.

Zanieczyszczone powietrze mające kontakt z powierzchnią fotoaktywnej powłoki TiO2 jest oczyszczane z alergenów, bakterii, pleśni, drożdży, wirusów oraz toksycznych zanieczyszczeń.

Rys. 3. Schemat działania procesu fotokatalizy

Powłoka fotokatalityczna została wzbogacona o związki miedzi, z uwagi na zastosowanie systemu do oczyszczania powietrza z różnorodnych zanieczyszczeń w hodowlach inwentarskich. Obejmuje to również redukcję nieprzyjemnych zapachów, generowanych np. podczas rozkładu ściółki, obornika oraz rozwoju pleśni i grzybów, szczególnie w obszarach zawilgoconych i słabo wentylowanych. Dodatek związków miedzi wzmacnia działanie fotokatalizatora TiO₂ w procesie dezaktywacji pleśni i grzybów.

Grzybostatyczne działanie związków miedzi jest dobrze udokumentowane i potwierdzone przez dane zarejestrowanych produktów biobójczych w bazie Głównego Inspektoratu Rejestracji Produktów Biobójczych. Mechanizm biobójczego działania miedzi polega między innymi na uszkadzaniu ścian komórkowych mikroorganizmów. Po wniknięciu jonów metalu do wnętrza komórki następuje inhibicja procesów metabolicznych, co prowadzi do dezaktywacji komórek mikroorganizmów. Z kolei działanie fotokatalitycznie aktywnego dwutlenku tytanu prowadzi do całkowitego utlenienia materii organicznej, czego końcowymi produktami są dwutlenek węgla i woda.

CZYTAJ WIĘCEJ

Wyzwania związane z monitorowaniem i kontrolą Salmonelli w dużych fermach drobiu

Efektywność działania bramki fotokatalitycznej nie jest przypadkowa. Wieloletnie badania laboratoryjne nad zrozumieniem mechanizmu działania fotokatalizy i wpływu różnych czynników na jej efektywność prowadzone były przez zespół doświadczonych naukowców, pod kierunkiem profesora Wojciecha Macyka z Wydziału Chemii Uniwersytetu Jagiellońskiego. Autorem technologii bramki fotokatalitycznej, w której połączono fotokatalizę z małą dawką ozonu oraz wprowadzono wiele innowacyjnych rozwiązań,  jest specjalista z dziedziny wentylacji i klimatyzacji mgr inż. Piotr Czech (DEZYNFEKCJAPOWIETRZEM). Jego prototypowa instalacja na wylęgarni drobiu doprowadziła do wyeliminowania patogenów chorobotwórczych, w tym Salmonelli spp. Bramka fotokatalityczna była optymalizowana i testowana w spółce InPhoCat przez dr Joannę Macyk i prof. dr hab. Wojciecha Macyka przez niemal 4 lata. Jednoznacznie potwierdzono, że odpowiednie połączenie fotokatalizatora (TiO₂), światła UV z minimalną dawką ozonu (UV/O₃) oraz związków miedzi (Cu²⁺) przyniosło rewelacyjne wyniki w testach trwałości, rozkładu związków organicznych, a co najważniejsze, w rozkładzie zanieczyszczeń mikrobiologicznych.

Dowodem na to są m.in. badania mikrobiologiczne przeprowadzone dla powietrza i powierzchni w wielu niezależnych laboratoriach, w tym:

• Badania mikrobiologiczne wobec Salmonella enterica, Enterococcus faecalis i Staphylococcus aureus w akredytowanym Laboratorium Instytutu Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego w Łodzi,
• Badania mikrobiologiczne wobec wirusów osłonkowych, takich jak koronawirusy (w tym SARS-CoV-2), wirus odry, wirus ospy wietrznej, wirus grypy, wirus opryszczki pospolitej, wirus HIV, WZW C, WZW B, WZW D, EBOLA i Marburg (testy na szczepie modelowym Vacina Virus) wykonane przez Centrum Badawczo-Rozwojowe MEDISEPT Sp. z o.o,
• Badania wobec bakterii gram (+) i gram (-) dla szczepów bakterii antybiotykoodpornych: Klebsiella Pneumoniae NDM-1, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus MRSA, Clostridium Difficile oraz Escherichia coli i Enterococcus hirae, badania przeprowadzone przez Centrum Badawczo-Rozwojowe MEDISEPT Sp. z o.o w Lublinie,
• Badania mikrobiologiczne wobec szczepów Staphylococcus aureus oraz Escherichia coli przeprowadzone w niezależnym laboratorium Mikrografia.

Badania przeprowadzone w warunkach rzeczywistych na wylęgarni drobiu potwierdziły, że problem obecności Salmonelli, pojawiał się pomimo stosowania standardowych procedur bioasekuracji. W 28% badanych próbkach potwierdzono obecność Salmonelli przed zastosowaniem technologii bramki fotokatalitycznej (niebieskie słupki na Rysunku 4). Od momentu wdrożenia technologii bramki fotokatalitycznej oraz procedur bioasekuracji Salmonella została wyeliminowana w 100% (czerwone słupki na Rysunku 4).

Rys. 4. Wykres przedstawiający procentowe występowanie salmonelli przed i po zainstalowaniu bramki fotokatalitycznej na wylęgarni (wyniki badania puchu z aparatów klujnikowych oraz wymazów powierzchniowych)

Wyniki przeprowadzonych badań potwierdzają wysoką skuteczność systemu fotokatalitycznego.

Skuteczność mikrobiologiczną w warunkach rzeczywistych potwierdza praca naukowo-badawcza przeprowadzona przez zespół zoohigienistów i mikrobiologów pod kierownictwem dr hab. inż. Marcina Lis prof. URK, z Uniwersytetu Rolniczego
w Krakowie na Zakładzie Wylęgu Drobiu. Po zainstalowaniu bramek fotokatalitycznych zaobserwowano zmniejszenie populacji drobnoustrojów tlenowych mezofilnych w następujących punktach pomiarowych: centrali wentylacyjnej inkubatorów o 0,7 log jtk/25 cm² oraz centrali wentylacyjnej klujników o 0,3 log jtk/25 cm². Bramki fotokatalityczne skutecznie redukowały liczbę pałeczek jelitowych, gronkowców i grzybów w centrali wentylacyjnej inkubatorów. Ograniczyły również liczbę grzybów w centrali wentylacyjnej klujników (Tabela 1).

Tab. 1. Liczebność drobnoustrojów [log jtk/25 cm²] na powierzchni kluczowych punktów zakładu wylęgu drobiu zmierzona przed i po 30 dniach stosowania bramki fotokatalitycznej

Ponadto z wykorzystaniem metody sedymentacyjnej Kocha wykazano, że instalacja bramek fotokatalitycznych umożliwiła zupełną redukcję populacji drobnoustrojów w powietrzu (do zera) na powierzchniach szczególnie narażonych na zanieczyszczenia mikrobiologiczne, takich jak: powierzchnia płaska centrali wentylacyjnej magazynu piskląt, powierzchnia płaska centrali wentylacyjnej klujników i powierzchnia płaska centrali wentylacyjnej inkubatorów. Liczba 4900-5000 jtk/100 cm³, stwierdzona w klujniku po zakończonym wylęgu oraz centrali wentylacyjnej magazynu przed bramką fotokatalityczną, jest charakterystyczna dla pomieszczeń zapylonych o podniesionej wilgotności powietrza (Tabela 2).

Tab. 2. Zanieczyszczenie mikrobiologiczne powietrza w kluczowych punktach zakładu wylęgu drobiu

W trakcie badań nie stwierdzono, aby zastosowanie bramki fotokatalitycznej wpłynęło na takie parametry powietrza, jak temperatura, wilgotność względna oraz jego ruch. Bramka fotokatalityczna nie wpływała na koncentrację CO₂. Ponieważ stężenie szkodliwych domieszek gazowych (NH₃ i H₂S) w pomieszczeniach ZWD utrzymywały się na poziomie poniżej granicy wykrywalności przyrządów, nie można stwierdzić, czy urządzenie mogło mieć wpływ na te parametry.

Podczas badań wykonywanych w ZWD stwierdzono, że w zależności od pomieszczenia technologicznego stwierdzono zróżnicowane zapylenie i jego skład pod względem frakcji wielkościowych ziaren pyłu. Źródłem pyłów w pomieszczeniach inwentarskich jest zarówno powietrze atmosferyczne, jak również procesy technologiczne związane z prowadzoną działalnością. W przypadku badanego zakładu wylęgu drobiu powietrze zewnętrze przechodzi przez centrale wentylacyjne i system filtrów, które skutecznie zatrzymywały pyły o średnicy ziarna 1 µm, jednak nie zatrzymywały najmniejszych drobin o średnicy do 0,3 µm. Skuteczność filtrów malała wraz ze zmniejszaniem się średnicy ziarna pyłu, i tak względem pyłów o średnicy <10 µm oscylowała w granicach 48 do 55%, 5-10 µm 63-94%, a 2-5 µm 15-76%, natomiast dla frakcji 1-2 µm wynosiła 0-40%, 0,5-1 µm 0-12%, a dla 0,3-0,5 µm tylko 1-8%. Ze zrozumiałych względów, stężenie grubych pyłów (tchawicznych, o średnicy ziarna >5 µm) było bardzo wysokie w pomieszczeniach, w których znajdowały się wyklute pisklęta (klujnik, sortownia, magazyn piskląt). Natomiast w magazynie jaj i aparatach lęgowych zawartość tych cząstek była śladowa, a dominowały pyły respirabilne, których stężenie było zbliżone do zmierzonego w powietrzu opuszczającym centrale wentylacyjne.

Pracująca bramka fotokatalityczna, o ile nie wykazywała skuteczności względem pyłów o średnicy pomiędzy 2,0-10 µm, to zdecydowanie obniżała stężenie najbardziej szkodliwych najdrobniejszych pyłów respirabilnych od 8 do 31%. Co ciekawe, działanie w kierunku tej frakcji pyłów wydaje się utrzymywać w pomieszczeniach, do których wtłaczane jest powietrze oczyszczone przez bramkę fotokatalityczną. Stężenie nanopyłów w tych aparatach lęgowych i sortowni wynosiło ok. 86-92% wartości zmierzonej w powietrzu bezpośrednio za pracującą bramką fotokatalityczną, a nawet 19% w magazynie piskląt. Takie działanie względem frakcji pyłów o większej średnicy nie było obserwowane.

Na wylęgarniach wyposażonych w centrale wentylacyjne, bramki fotokatalityczne montowane są na nawiewie wewnątrz urządzeń lub na kanale nawiewnym (Rysunek 5). Zasadny jest też montaż bramki fotokatalitycznej na wylotach powietrza, ponieważ przyczyni się to do ograniczenia odorów z usuwanego powietrza. Dzięki temu uciążliwość zapachowa obiektów inwentarskich w lokalnym środowisku znacznie się zmniejszy.

Rys. 5. Bramki fotokatalityczne zamontowane wewnątrz centrali wentylacyjnej w zakładzie wylęgu drobiu na nawiewie

Do dezynfekcji naczep (izoterm do przewozu brojlerów) możliwa jest instalacja bramki fotokatalitycznej w przestrzeni, gdzie zamontowane są wentylatory systemu wentylacji, ogrzewania i chłodzenia naczepy.

Korzyści z zainstalowania bramki fotokatalitycznej w systemie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej w przykładowej wylęgarni drobiu są następujące:

• 100% skuteczność wobec Salmonella enterica (Salmonelloza),
• znaczący spadek ilości upadków wśród piskląt,
• wyeliminowanie kosztownego leczenia antybiotykowego,
• ochrona przed karencją poantybiotykową,
• utrzymanie bezpiecznego systemu wentylacji, wolnego od bakterii, wirusów, grzybów i pleśni,
• poprawa jakości powietrza obiegowego, a przez to poprawa dobrostanu inwentarza,
• redukcja pyłów respirabilnych o średnicy <0,3 μm od 9,3 do 20,6% oraz <0,5 μm od 8 do 31%,
• uzupełnienie bioasekuracji w przeciwdziałaniu zakażeniom krzyżowym,
• uzupełnienie bioasekuracji w przeciwdziałaniu zakażeniom przenoszonym przez personel,
• poprawa jakości pracy,
• obniżenie rozprzestrzeniania się bakterii i ich zarodników na terenie zakładu,
• redukcja emisji szkodliwych zanieczyszczeń do środowiska zewnętrznego.

Technologia bramki fotokatalitycznej może być z powodzeniem zastosowana na fermach drobiu dla wszystkich rodzajów wentylacji mechanicznej: poprzecznej, kominowej lub tunelowej, zarówno nadciśnieniowej jak i podciśnieniowej, gdzie chronione są wszystkie wloty powietrza wentylacyjnego.

Rys. 6. Rysunek przedstawia zastosowanie Bramek Fotokatalitycznych na wszystkich wlotach powietrza.

Można też zastosować urządzenia monoblokowe posiadające własne wentylatory i działające na powietrzu obiegowym, co znacznie organiczna koszty inwestycji i eksploatacji. Jednak takie rozwiązanie będzie mniej skuteczne.

Rys. 7. Urządzenia z wymuszonym przepływem powietrza, bramką fotokatalityczną i innowacyjnym filtrem UVC oraz ich rozmieszczenie na fermach drobiu.

W ubojniach drobiu bramki fotokatalityczne należy zamontować we wszystkich centralach wentylacyjnych oraz wyposażyć newralgiczne punkty produkcyjne w system dezynfekcji z zastosowaniem bramki fotokatalitycznej.

Bramka fotokatalityczna działa dwustopniowo:

• dezynfekuje przepływające powietrze na poziomie od 90 do 99% dzięki odpowiedniej mocy światła UV,
• dezynfekuje kanały wentylacyjne oraz powietrze i powierzchnie w pomieszczeniach ze skutecznością powyżej 99% dzięki zastosowaniu powłoki fotokatalitycznej TiO₂/Cu,
• gwarantuje sprawność przez okres około 2 lat, po którym należy dokonać przeglądu serwisowego i wymienić matryce katalityczna.

Opatentowane rozwiązania zastosowane w bramce fotokatalitycznej polegają na:

• zabezpieczeniu całego przekroju przepływu powietrza w kanale nawiewnym lub przekroju centrali wentylacyjnej,
• uniwersalności konstrukcji – możliwości stosowania kilku rzędów matryc fotokatalitycznych, co zapewnia najskuteczniejszą ochronę przy jednoczesnym zachowaniu zalecanej wydajności wentylacyjnej obiektu,
• prostocie serwisowania – całe urządzenie jest wysuwane na specjalnych szynach na zewnątrz sekcji centrali wentylacyjnej, co ułatwia wymianę lamp UV, stateczników i filtrów fotokatalitycznych.

Bramka fotokatalityczna uzyskała świadectwa potwierdzające bezpieczeństwo stosowania, w tym badanie emisji nanoobiektów przeprowadzone przez Centralny Instytut Ochrony Pracy w Warszawie (CIOP) – Państwowy Instytut Badawczy, które potwierdzają, że drobinki powłoki TiO₂/Cu nie przedostają się z powietrzem wentylacyjnym do pomieszczenia. Dodatkowo, rozwiązanie to posiada atest PZH do stosowania w obiektach inwentarskich.

PHOTOCATALYTIC GATE otrzymała nagrodzę "QUALITY & INOVATION" w kategorii Innowacyjność na Targach POULTRY TECH oraz BIOAGRO POLSKA 2024r.

mgr inż. Piotr Czech
www.dezynfekcjapowietrzem.pl
dr Joanna Macyk
www.inphocat.pl
prof. dr hab. Wojciech Macyk UJ Kraków
dr hab. inż. Marcina Lis prof. URK UR Kraków

Ten artykuł pochodzi z magazynu Hodowca Drobiu 11/2024

Kup ten numer

Kup prenumeratę