Pióropusze aerozolu z komercyjnych toalet mogą unosić się 5 stóp nad miską. John Crimaldi / Raporty naukowe, CC BY-NC-ND
Za każdym razem, gdy spłukujesz toaletę, uwalnia ona w powietrze wokół ciebie pióropusze maleńkich kropelek wody. Kropelki te, tzw pióropusze aerozolu, może przenosić patogeny z ludzkich odchodów i narażać ludzi w publicznych toaletach na choroby zakaźne.
Naukowe zrozumienie rozprzestrzeniania się pióropuszy aerozolu – i świadomość społeczna ich istnienia – jest utrudnione przez fakt, że są one zwykle niewidoczne. Moi koledzy Aaron Prawda, Karol Linden, Marka Hernandeza, Lars Larson, Anna Pauls i ja mogliśmy skorzystać lasery dużej mocy do oświetlania tych smug, umożliwiając nam obrazowanie i mierzenie lokalizacji i ruchu rozprzestrzeniania się pióropuszy aerozolu ze spłukiwania komercyjnych toalet z żywymi szczegółami.
Ten film porównuje widoczność smugi aerozolu po spłukaniu w laboratorium bez i przy użyciu laserów.
W górę zamiast w dół
Toalety są zaprojektowane tak, aby skutecznie opróżniać zawartość miski poprzez ruch w dół do rury odpływowej. W cyklu spłukiwania woda silnie styka się z zawartością miski i tworzy drobny strumień cząstek zawieszonych w powietrzu.
Odkryliśmy, że typowa komercyjna toaleta generuje silny strumień powietrza skierowany w górę z prędkością przekraczającą 6.6 metry na sekundę, szybko przenosząc te cząsteczki na wysokość do 2 stóp (5 metra) nad muszlę w ciągu ośmiu sekund od rozpoczęcia spłukiwanie.
Aby zwizualizować te pióropusze, ustawiliśmy typową komercyjną toaletę bez pokrywy zawór przypominający przepływomierz znalezione w całej Ameryce Północnej w naszym laboratorium. Zawory Flushometer wykorzystują ciśnienie zamiast grawitacji do kierowania wody do miski. Użyliśmy specjalnej optyki, aby stworzyć cienką pionową warstwę światła laserowego, która oświetlała obszar od góry misy do sufitu. Po spłukaniu toalety zdalnym wyzwalaczem elektrycznym cząsteczki aerozolu rozpraszają wystarczającą ilość światła laserowego, aby stać się widocznymi, co pozwala nam użyć kamer do zobrazowania smugi cząstek.
Chociaż spodziewaliśmy się zobaczyć te cząstki, nadal byliśmy zaskoczeni siłą strumienia wyrzucającego cząsteczki z miski.
A powiązane badanie wykorzystali model obliczeniowy wyidealizowanej toalety, aby przewidzieć tworzenie się pióropuszy aerozolu, z transportem cząstek w górę z prędkością nad miską zbliżającą się do 3.3 stopy na sekundę (1 metr na sekundę), co stanowi około połowę tego, co zaobserwowaliśmy z prawdziwym toaleta.
Dlaczego lasery?
Naukowcy wiedzieli przez dekady że spłukiwanie toalety może uwalniać cząsteczki aerozolu do powietrza. Jednakże, badania eksperymentalne w dużej mierze opierały się na urządzeniach, które pobierały próbki powietrza w stałych miejscach w celu określenia liczby i wielkości cząstek wytwarzanych przez toalety.
Chociaż te wcześniejsze podejścia mogą potwierdzić obecność aerozoli, dostarczają niewiele informacji na temat fizyki pióropuszy: jak wyglądają, jak się rozprzestrzeniają i jak szybko się poruszają. Informacje te mają kluczowe znaczenie dla opracowania strategii ograniczania tworzenia się chmur aerozolu i zmniejszania ich zdolności do przenoszenia chorób.
Ten film pokazuje, jak Aaron True monitoruje dane obrazu na żywo pióropuszu spłukiwanej toalety na ekranie komputera.
Jak profesor inżynierii którego badania koncentrują się na interakcjach między fizyką płynów a procesami ekologicznymi lub biologicznymi, moje laboratorium specjalizuje się w używaniu laserów do określania, jak różne rzeczy są transportowane przez złożone przepływy płynów. W wielu przypadkach rzeczy te są niewidoczne, dopóki nie oświetlimy ich laserami.
Zaletą używania światła laserowego do pomiaru przepływu płynów jest to, że w przeciwieństwie do sondy fizycznej światło nie zmienia ani nie zakłóca tego, co próbujesz zmierzyć. Ponadto używanie laserów do uwidaczniania niewidzialnych rzeczy pomaga ludziom, jak np wizualne stworzenia, lepiej zrozumieć złożoność płynnego środowiska, w którym żyją.
Aerozole i choroby
Cząsteczki aerozolu zawierające patogeny są ważne wektory chorób człowieka. Mniejsze cząstki, które pozostają zawieszone w powietrzu przez pewien czas, mogą narazić ludzi na choroby układu oddechowego, takie jak grypa i COVID-19 poprzez inhalację. Większe cząstki, które szybko osadzają się na powierzchniach, mogą rozprzestrzeniać choroby jelitowe, takie jak Norovirus poprzez kontakt z rękami i ustami.
Woda w muszli klozetowej zanieczyszczona kałem może zawierać patogeny w takim stężeniu utrzymują się po dziesiątkach uderzeń. Ale nadal jest otwarte pytanie co do tego, czy pióropusze aerozolu toaletowego stanowią ryzyko przenoszenia.
Chociaż byliśmy w stanie wizualnie i ilościowo opisać, w jaki sposób pióropusze aerozolu poruszają się i rozpraszają, nasza praca nie odnosi się bezpośrednio do tego, w jaki sposób pióropusze toaletowe przenoszą choroby, a to pozostaje ciągłym aspektem badań.
Ograniczenie rozprzestrzeniania się smug toaletowych
Nasza eksperymentalna metodologia zapewnia podstawę do przyszłych prac w celu przetestowania szeregu strategii minimalizujących ryzyko narażenia na choroby spowodowane spłukiwaniem toalet. Może to obejmować ocenę zmian w smugach aerozolu pochodzących z nowych projektów muszli klozetowych lub zaworów spłukujących, które zmieniają czas trwania lub intensywność cyklu spłukiwania.
Tymczasem istnieją sposoby na zmniejszenie narażenia ludzi na pióropusze toaletowe. Oczywistą strategią jest Zamknij pokrywę przed spłukaniem. Nie eliminuje to jednak całkowicie oparów aerozolu, a wiele toalet w miejscach publicznych, komercyjnych i placówkach służby zdrowia nie ma pokryw. Wentylacja lub Dezynfekcja UV systemy mogą również ograniczać narażenie na opary aerozolu w łazience.
O autorze
Johna Crimaldiego, profesor inżynierii lądowej, środowiskowej i architektonicznej, Uniwersytet Colorado Boulder
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Ciało utrzymuje wynik: mózg, umysł i ciało w leczeniu traumy
przez Bessela van der Kolka
Ta książka bada powiązania między traumą a zdrowiem fizycznym i psychicznym, oferując spostrzeżenia i strategie leczenia i powrotu do zdrowia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Oddech: nowa nauka o utraconej sztuce
przez Jamesa Nestora
Ta książka bada naukę i praktykę oddychania, oferując spostrzeżenia i techniki poprawy zdrowia fizycznego i psychicznego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Paradoks roślin: ukryte zagrożenia w „zdrowej” żywności, które powodują choroby i przyrost masy ciała
przez Stevena R. Gundry'ego
Ta książka bada powiązania między dietą, zdrowiem i chorobami, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kod odpornościowy: nowy paradygmat prawdziwego zdrowia i radykalnego przeciwdziałania starzeniu się
autorstwa Joela Greene'a
Ta książka oferuje nowe spojrzenie na zdrowie i odporność, opierając się na zasadach epigenetyki i oferując spostrzeżenia i strategie optymalizacji zdrowia i starzenia się.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Kompletny przewodnik po poście: uzdrawiaj swoje ciało poprzez post przerywany, co drugi dzień i przedłużony
autorstwa dr Jasona Funga i Jimmy'ego Moore'a
Ta książka bada naukę i praktykę postu, oferując spostrzeżenia i strategie poprawy ogólnego stanu zdrowia i dobrego samopoczucia.
