Oamenii de știință CU aruncă lumină asupra a ceea ce se întâmplă atunci când curgeți | CU Boulder Astăzi

Fotografie banner: Un laser verde puternic ajută la vizualizarea penelor de aerosoli dintr-o toaletă în timp ce este spălată. (Credit: Patrick Campbell/CU Boulder)

Datorită noilor cercetări CU Boulder, oamenii de știință văd efectul spălării toaletei într-o lumină cu totul nouă – și acum, și lumea poate.

Folosind lasere de culoare verde strălucitor și echipamente de cameră, o echipă de ingineri CU Boulder a efectuat un experiment pentru a dezvălui modul în care picăturile mici de apă, invizibile cu ochiul liber, sunt aruncate rapid în aer atunci când o toaletă publică fără capac este spălată. Acum este publicat în Rapoarte științificeEste primul studiu care vizualizează direct coloana de aerosoli rezultată și măsoară viteza și difuzia particulelor în interiorul acesteia.

Aceste particule volatile sunt cunoscute că transmit agenți patogeni și pot reprezenta un pericol pentru vizitatorii băilor publice. Cu toate acestea, această vizualizare vie a expunerii potențiale la boli oferă, de asemenea, o metodologie pentru a ajuta la reducerea acesteia.

„Dacă este ceva ce nu poți vedea, este ușor să te prefaci că nu este acolo. Dar odată ce vezi aceste videoclipuri, nu te vei mai gândi niciodată la spălarea toaletei în același mod.” John Crimaldi, autorul principal al studiului și profesor de inginerie civilă, de mediu și de arhitectură. „Prin realizarea unor imagini interesante ale acestui proces, studiul nostru poate juca un rol important în mesajele de sănătate publică”.

Cercetătorii știu de mai bine de 60 de ani că atunci când o toaletă este spălată, solide și lichide cad conform proiectării, dar particule mici, invizibile, sunt de asemenea eliberate în aer. Studiile anterioare au folosit instrumente științifice pentru a detecta prezența acestor particule în aer deasupra toaletelor cu spălarea spălării și au arătat că particulele mai mari pot ateriza pe suprafețele înconjurătoare, dar până acum nimeni nu a înțeles cum arată aceste particule sau cum au ajuns particulele acolo.

Înțelegerea traiectoriilor și a vitezelor acestor particule – care pot transmite agenți patogeni precum Escherichia coli, Clostridium difficile, norovirus și adenovirusuri – este importantă pentru atenuarea riscurilor de expunere prin strategii de dezinfecție și ventilație sau o proiectare îmbunătățită a toaletei și a spălării. În timp ce virusul care provoacă COVID-19 (SARS-CoV-2) este prezent în deșeurile umane, în prezent nu există dovezi concludente că se răspândește eficient prin pulverizarea de toaletă.

„Oamenii știau că toaletele emanau pulverizare, dar nu l-au putut vedea”, a spus Crimaldi. „Arătăm că acest lucru este o rubrică mult mai activă și mai răspândită decât chiar și oamenii care știau despre acest concept”.

Studiul a constatat că aceste particule din aer călătoresc rapid, cu 6,6 picioare (2 metri) pe secundă, atingând 4,9 picioare (1,5 metri) deasupra toaletei în 8 secunde. În timp ce picăturile mai mari tind să se depună pe suprafețe în câteva secunde, particulele mai mici (aerosoli mai mici de 5 microni sau milioanemi de metru) pot rămâne suspendate în aer pentru câteva minute sau mai mult.

Nu doar propriile lor deșeuri trebuie să-și facă griji cei care merg la baie. Mai multe alte studii au arătat că agenții patogeni pot persista într-un vas timp de zeci de flash-uri, crescând riscul de expunere potențială.

„Scopul unei toalete este de a elimina eficient deșeurile din vas, dar face și opusul, și anume să pulverizeze o mulțime de conținut în partea de sus”, a spus Crimaldi. „Laboratorul nostru a creat o metodologie care oferă o bază pentru îmbunătățirea și atenuarea acestei probleme”.

Nu este o pierdere de timp

Crimaldi rulează un fișier Laboratorul de dinamică a fluidelor de mediu la CU Boulder, specializată în utilizarea dispozitivelor bazate pe laser, a coloranților și a rezervoarelor uriașe de lichid pentru a studia totul, de la Cum ne ajung mirosurile la nas? despre modul în care substanțele chimice se mișcă în corpurile de apă turbulente. Ideea de a folosi tehnologia de laborator pentru a urmări ceea ce se întâmplă în aer după ce o toaletă este spălată a fost una de comoditate, curiozitate și circumstanță.

În timpul unei săptămâni libere în iunie trecută, colegi profesori Carl Linden Si Mark Hernandez de la programul de Inginerie a Mediului și mai mulți studenți absolvenți de la laboratorul Crimaldi i s-au alăturat pentru a pune bazele și a conduce experimentul. Aaron True, al doilea autor al studiului și partener de cercetare în laboratorul Crimaldi, a jucat un rol esențial în rularea și înregistrarea măsurătorilor bazate pe laser pentru studiu.

Au folosit două lasere: unul care strălucea continuu deasupra și deasupra toaletei, iar celălalt care trimitea impulsuri rapide de lumină în aceeași zonă. Laserul staționar a detectat unde se aflau particulele aeropurtate în spațiu, în timp ce laserul pulsatoriu le putea măsura viteza și direcția. Între timp, două camere au făcut fotografii de înaltă rezoluție.

Toaleta în sine era de același tip văzută în mod obișnuit în toaletele publice din America de Nord: o unitate fără capac însoțită de un mecanism cilindric de spălare – fie manual, fie automat – care se încastra în spate, aproape de perete, cunoscut sub numele de supapă de tip butometru. Noua toaletă curată a fost umplută doar cu apă de la robinet.

Ei știau că acest experiment brusc ar putea fi o pierdere de timp, dar, în schimb, cercetarea a creat un impuls uriaș.

„Ne așteptam ca acești aerosoli să plutească, dar au ieșit ca o rachetă”, a spus Crimaldi.

Moleculele energetice de apă din aer se îndreptau în mare parte în sus și înapoi spre peretele din spate, dar mișcarea lor era imprevizibilă. Puțul s-a ridicat, de asemenea, până la tavanul laboratorului și, neavând unde să meargă, s-a deplasat în afară de perete și s-a extins înainte, în cameră.

Configurația experimentală nu includea deșeuri solide sau hârtie igienică în bol și nu existau tarabe sau oameni care se mișcau. Aceste variabile din lumea reală ar putea exacerba problema, a spus Crimaldi.

Ei au măsurat, de asemenea, particulele din aer folosind un contor optic de particule, un dispozitiv care aspiră o probă de aer printr-un tub mic și luminează asupra acestuia, permițându-i să numere și să măsoare particulele. Nu numai că particulele mai mici plutesc în aer mai mult timp, dar pot, de asemenea, să scape din firele de păr nazale și să ajungă mai adânc în plămâni, făcându-le mai periculoase pentru sănătatea umană, așa că cunoașterea numărului și dimensiunii particulelor a fost, de asemenea, importantă.

Deși aceste constatări pot fi alarmante, studiul oferă experților în instalații sanitare și în sănătatea publică o modalitate consistentă de a testa strategii îmbunătățite de design, dezinfecție și ventilație a instalațiilor sanitare, pentru a reduce riscul de expunere la agenți patogeni în toaletele publice.

„Niciuna dintre aceste îmbunătățiri nu poate fi făcută eficient fără a ști cum evoluează coloana de aerosoli și cum se mișcă”, a spus Crimaldi. „A fi capabil să vezi acest pilon invizibil este un schimbător de joc.”

Alți autori ai acestei publicații includ: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson și Anna Pauls de la Departamentul de Inginerie Civilă, de Mediu și Arhitectură.