Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Design of Thermal Post -Treatment Unit for the Inactivation of Pathogens in Compost after the Composting Process for Food Production | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Hamidatu SAAKA DARIMANI | Année de publication : | 2015 | Importance : | 184 p. | Langues : | Français (fre) | Résumé : | Des toilettes à compost ont été installées dans des zones rurales du Burkina Faso pour améliorer à la fois l'assainissement et la production d‟aliments. Les toilettes produisent du compost à partir des matières fécales qui sont collectées séparément de l'urine et de la matrice de compostage. Le compost contient toujours des agents pathogènes en raison du peu de temps de réaction après la défécation finale et les basses températures. Une unité de post-traitement a été proposée pour assurer l'inactivation des agents pathogènes basée sur le concept multi-barrière recommandé par l'OMS. Cette unité utilise l'énergie solaire pour chauffer le compost obtenu sans coût opérationnel suplémentaire, ce qui la rend abordable pour les pays en développement dans le Sahel. Cette étude visait à concevoir l'unité de post-traitement pour la désinfection du compost retiré de la toilette à compostage pour permettre une réutilisation sûre de ce compost dans l'agriculture. L‟innocuité du composte a été évaluée par une évaluation des risques microbiens.
Pour effectuer l'évaluation des risques, les taux d'inactivation des indicateurs d‟agents pathogènes, tels que les Enterococcus, Escherichia coli, Ascaris suum et du bactériophage MS2, dans le compost et le sol amendé ont été estimés. Le coéfficient d'inactivation des agents pathogènes a été déterminée à différentes températures et à différentes teneurs d‟humidité du compost. Pour évaluer le comportement des bactéries dans différentes conditions environnementales lorsque que le compost est apporté aux sols cultivés, la cinétique coefficients du taux d‟inactivation de Enterococcus dans les sols argileux et sableux riches en terreau ont été déterminées avec des températures et des ratios du compost au sol. La teneur en humidité a été réglée à 25 % dans toutes les conditions. Une évaluation du risque microbien quantitative a été effectuée par le modèle de Monte Carlo pour évaluer le risque de maladies pouvant infecter les agriculteurs lors de l‟épandage du compost au sol. Le temps nécessaire pour atteindre un niveau de sécurité pour les 4 scénarios a été évalué. Le risque sanitaire des agriculteurs travaillant sur les sols après épandage du compost a été également évalué. Les principaux résultats de ces expériences sont les suivants: E. coli nécessite des conditions de post-traitement de 50 °C de température et 50 % de taux d‟humidité (TH) pour un temps de contact de plus de 4,5 h ou 70 °C, 50 % de TH pendant 20 min. Pour les Enterococcus, les conditions de 50 °C, et 50 % de TH pendant 15 h ou 70 °C, 50 % de TH pendant 2,5 h sont nécessaires. L'inactivation de A. suum a été rapide avec plus de 2 log de réductions en 2 h à 50 °C et 50 % de TH, et, de plus de 3 log de réductions à 60 °C et à 50 % de TH pendant 3 h. L'analyse statistique a montré que les taux d‟inactivation des oeufs d'A. suum dépendent de façon significative d‟une température élevée (par exemple 60 °C) et d‟un bas TH (soit 50 %) du compost. Les taux d'inactivation de MS2 dépendent statistiquement d'une température élevée, mais pas de la teneur en humidité. Les taux d'inactivation de Enterococcus dans les sols amendés avec du compost obtenu à partir des toilettes à compost dépendent de la température et du type de sol, mais pas du rapport compost - sol. La valeur du risque évaluée dans le pire des cas était de 100 pppa pour tous les scénarios.
Pour Ascaris, Norovirus et Salmonella, le post-traitement avec la chaleur solaire nécessite environ respectivement 295 h, 845 h et 969,5 h pour atteindre le niveau de sécurité de 10-4 pppa pour tous les scénarios. Les protocoles de conception de l‟unité de post-traitement du point de vu de l'évaluation des risques microbiens ont été développés.
Abstract : Composting toilets have been installed in rural areas of Burkina Faso to improve both sanitation and food production. The toilets produce compost from faeces which are separately collected from urine and composting matrix. The compost still contains pathogens due to short reaction time after the final defecation and low temperatures. A post-treatment unit was proposed to ensure inactivation of pathogens based on a multi-barrier concept recommended by WHO. The unit uses solar energy to heat up the compost resulting in no operational cost, which makes it affordable for developing countries in the Sahel. This study aimed to design the post-treatment unit to sanitise the compost withdrawn from the composting toilet to allow a safe reuse of this compost in agriculture. Safety was evaluated with a microbial risk assessment. To perform the risk assessment, the inactivation rate coefficients of indicator pathogens, such as Enterococcus, Escherichia coli, Ascaris suum eggs and MS2 bacteriophage, in the compost and the soil amended compost were estimated. The kinetics of inactivating pathogens were determined at different temperatures with varying moisture content of the compost. To evaluate bacteria behaviour in different environmental conditions when compost is amended to cultivated soils, kinetic inactivation rate coefficients of Enterococcus in clay and sandy loam soils were determined with both varying temperature and compost-to-soil ratios. The moisture content was set to 25 % in all conditions. A quantitative microbial risk assessment done by the Monte Carlo model was conducted to evaluate the risk of infectious diseases to farmers during amendment of compost to the soil and the required time to reach a safe level for 4 scenarios evaluated. The health risk of infectious diseases to the farmers working on the soils after amendment was also assessed. The main results of these experiments are as follows: E.coli requires post-treatment conditions of 50 °C and 50 % MC and a contact time of over 4.5 h or post-treatment conditions of 70 °C, 50% MC for 20 min. For Enterococcus, post-treatment conditions of 50 °C and 50 % MC during 15 h or 70 °C, 50 % during 2.5 h are required. Inactivation of A. suum was fast with greater than 2 log reductions achieved within 2 h at 50 °C and 50 % and greater than 3 log reductions at 60 °C and 50 % during 3 h. Statistical analysis showed that the inactivation rates of A. suum eggs significantly depends on higher temperature (i.e. 60 °C) and lower MC (i.e. 50 %) of the compost. The inactivation rate coefficients of MS2 statistically depended on a higher temperature, but not moisture content. The inactivation rates of Enterococcus in soils amended with compost from the composting toilet depends on temperature and soil type, but not on the compost-to-soil ratios. The risk value assessed in a worse case was 100 pppy for all scenarios, indicating farmers were at a higher risk from pathogens. For Ascaris, Norovirus and Salmonella, post-treatment with solar thermal heat requires approximately 295 h, 845 h and 969.5 h to achieve the safe level of 10-4 pppy respectively for all scenarios. Protocols to design posttreatment unit from the perspective of microbial risk assessment were developed. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Design of Thermal Post -Treatment Unit for the Inactivation of Pathogens in Compost after the Composting Process for Food Production [texte imprimé] / Hamidatu SAAKA DARIMANI . - 2015 . - 184 p. Langues : Français ( fre) Résumé : | Des toilettes à compost ont été installées dans des zones rurales du Burkina Faso pour améliorer à la fois l'assainissement et la production d‟aliments. Les toilettes produisent du compost à partir des matières fécales qui sont collectées séparément de l'urine et de la matrice de compostage. Le compost contient toujours des agents pathogènes en raison du peu de temps de réaction après la défécation finale et les basses températures. Une unité de post-traitement a été proposée pour assurer l'inactivation des agents pathogènes basée sur le concept multi-barrière recommandé par l'OMS. Cette unité utilise l'énergie solaire pour chauffer le compost obtenu sans coût opérationnel suplémentaire, ce qui la rend abordable pour les pays en développement dans le Sahel. Cette étude visait à concevoir l'unité de post-traitement pour la désinfection du compost retiré de la toilette à compostage pour permettre une réutilisation sûre de ce compost dans l'agriculture. L‟innocuité du composte a été évaluée par une évaluation des risques microbiens.
Pour effectuer l'évaluation des risques, les taux d'inactivation des indicateurs d‟agents pathogènes, tels que les Enterococcus, Escherichia coli, Ascaris suum et du bactériophage MS2, dans le compost et le sol amendé ont été estimés. Le coéfficient d'inactivation des agents pathogènes a été déterminée à différentes températures et à différentes teneurs d‟humidité du compost. Pour évaluer le comportement des bactéries dans différentes conditions environnementales lorsque que le compost est apporté aux sols cultivés, la cinétique coefficients du taux d‟inactivation de Enterococcus dans les sols argileux et sableux riches en terreau ont été déterminées avec des températures et des ratios du compost au sol. La teneur en humidité a été réglée à 25 % dans toutes les conditions. Une évaluation du risque microbien quantitative a été effectuée par le modèle de Monte Carlo pour évaluer le risque de maladies pouvant infecter les agriculteurs lors de l‟épandage du compost au sol. Le temps nécessaire pour atteindre un niveau de sécurité pour les 4 scénarios a été évalué. Le risque sanitaire des agriculteurs travaillant sur les sols après épandage du compost a été également évalué. Les principaux résultats de ces expériences sont les suivants: E. coli nécessite des conditions de post-traitement de 50 °C de température et 50 % de taux d‟humidité (TH) pour un temps de contact de plus de 4,5 h ou 70 °C, 50 % de TH pendant 20 min. Pour les Enterococcus, les conditions de 50 °C, et 50 % de TH pendant 15 h ou 70 °C, 50 % de TH pendant 2,5 h sont nécessaires. L'inactivation de A. suum a été rapide avec plus de 2 log de réductions en 2 h à 50 °C et 50 % de TH, et, de plus de 3 log de réductions à 60 °C et à 50 % de TH pendant 3 h. L'analyse statistique a montré que les taux d‟inactivation des oeufs d'A. suum dépendent de façon significative d‟une température élevée (par exemple 60 °C) et d‟un bas TH (soit 50 %) du compost. Les taux d'inactivation de MS2 dépendent statistiquement d'une température élevée, mais pas de la teneur en humidité. Les taux d'inactivation de Enterococcus dans les sols amendés avec du compost obtenu à partir des toilettes à compost dépendent de la température et du type de sol, mais pas du rapport compost - sol. La valeur du risque évaluée dans le pire des cas était de 100 pppa pour tous les scénarios.
Pour Ascaris, Norovirus et Salmonella, le post-traitement avec la chaleur solaire nécessite environ respectivement 295 h, 845 h et 969,5 h pour atteindre le niveau de sécurité de 10-4 pppa pour tous les scénarios. Les protocoles de conception de l‟unité de post-traitement du point de vu de l'évaluation des risques microbiens ont été développés.
Abstract : Composting toilets have been installed in rural areas of Burkina Faso to improve both sanitation and food production. The toilets produce compost from faeces which are separately collected from urine and composting matrix. The compost still contains pathogens due to short reaction time after the final defecation and low temperatures. A post-treatment unit was proposed to ensure inactivation of pathogens based on a multi-barrier concept recommended by WHO. The unit uses solar energy to heat up the compost resulting in no operational cost, which makes it affordable for developing countries in the Sahel. This study aimed to design the post-treatment unit to sanitise the compost withdrawn from the composting toilet to allow a safe reuse of this compost in agriculture. Safety was evaluated with a microbial risk assessment. To perform the risk assessment, the inactivation rate coefficients of indicator pathogens, such as Enterococcus, Escherichia coli, Ascaris suum eggs and MS2 bacteriophage, in the compost and the soil amended compost were estimated. The kinetics of inactivating pathogens were determined at different temperatures with varying moisture content of the compost. To evaluate bacteria behaviour in different environmental conditions when compost is amended to cultivated soils, kinetic inactivation rate coefficients of Enterococcus in clay and sandy loam soils were determined with both varying temperature and compost-to-soil ratios. The moisture content was set to 25 % in all conditions. A quantitative microbial risk assessment done by the Monte Carlo model was conducted to evaluate the risk of infectious diseases to farmers during amendment of compost to the soil and the required time to reach a safe level for 4 scenarios evaluated. The health risk of infectious diseases to the farmers working on the soils after amendment was also assessed. The main results of these experiments are as follows: E.coli requires post-treatment conditions of 50 °C and 50 % MC and a contact time of over 4.5 h or post-treatment conditions of 70 °C, 50% MC for 20 min. For Enterococcus, post-treatment conditions of 50 °C and 50 % MC during 15 h or 70 °C, 50 % during 2.5 h are required. Inactivation of A. suum was fast with greater than 2 log reductions achieved within 2 h at 50 °C and 50 % and greater than 3 log reductions at 60 °C and 50 % during 3 h. Statistical analysis showed that the inactivation rates of A. suum eggs significantly depends on higher temperature (i.e. 60 °C) and lower MC (i.e. 50 %) of the compost. The inactivation rate coefficients of MS2 statistically depended on a higher temperature, but not moisture content. The inactivation rates of Enterococcus in soils amended with compost from the composting toilet depends on temperature and soil type, but not on the compost-to-soil ratios. The risk value assessed in a worse case was 100 pppy for all scenarios, indicating farmers were at a higher risk from pathogens. For Ascaris, Norovirus and Salmonella, post-treatment with solar thermal heat requires approximately 295 h, 845 h and 969.5 h to achieve the safe level of 10-4 pppy respectively for all scenarios. Protocols to design posttreatment unit from the perspective of microbial risk assessment were developed. |
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