Vedci z CU vrhli svetlo na to, čo sa stane, keď spláchnete CU Boulder Today

Obrázok bannera: Výkonný zelený laser pomáha vidieť oblaky aerosólu z toalety, keď sa splachuje. (Poďakovanie: Patrick Campbell / CU Boulder)

Vďaka novému výskumu CU Boulder vedci vidia účinky splachovania toalety v úplne novom svetle – a teraz to môže urobiť aj svet.

Tím inžinierov CU Boulder vykonal experiment s použitím jasne zelených laserov a kamerového vybavenia, aby ukázal, že splachovanie toalety verejnej toalety bez veka vytvára drobné kvapôčky vody neviditeľné voľným okom. Ako sa rýchlo dostanem von? Teraz bol zverejnený. vedecká správaToto je prvá štúdia, ktorá priamo pozoruje výsledný oblak aerosólu a meria rýchlosť a difúziu častíc v ňom.

Je známe, že tieto aerosolizované častice transportujú patogény a môžu predstavovať riziko expozície pre návštevníkov verejných kúpeľní. Táto živá vizualizácia potenciálneho rizika ochorenia však poskytuje aj metodológiu, ktorá ho pomáha znižovať.

„Ak je to niečo, čo nevidíte, je ľahké predstierať, že to neexistuje. Ale keď si pozriete tieto videá, už vás nikdy nenapadne splachovať záchod rovnakým spôsobom.“ John Crimaldi, vedúci autor štúdie a profesor stavebného, ​​environmentálneho a architektonického inžinierstva. „Vytvorením dramatických vizuálnych obrazov tohto procesu by naša štúdia mohla hrať dôležitú úlohu v správach o verejnom zdraví.“

Vedci už viac ako 60 rokov vedia, že keď sa splachuje toaleta, pevné látky a tekutiny odchádzajú do odtoku, ako bolo navrhnuté, ale do ovzdušia sa uvoľňujú aj drobné, neviditeľné častice. Predchádzajúce štúdie používali vedecké nástroje na zistenie prítomnosti týchto vzduchom prenášaných častíc nad splachovanými záchodmi a ukázali, že tie väčšie môžu pristáť na okolitých povrchoch, no doteraz nikto nechápal prečo. Ako tieto oblaky vyzerajú alebo ako častice dostať sa tam.

Pochopenie trajektórií a rýchlostí týchto častíc, ktoré E. coli, C. difficile, norovírus a adenovírus – je dôležité znížiť riziko expozície prostredníctvom stratégií dezinfekcie a vetrania alebo zlepšeného dizajnu toaliet a splachovania. Zatiaľ čo vírus, ktorý spôsobuje COVID-19 (SARS-CoV-2), je prítomný v ľudskom odpade, v súčasnosti neexistujú presvedčivé dôkazy o tom, že sa účinne šíri prostredníctvom toaletného aerosólu.

„Ľudia vedia, že toalety vypúšťajú aerosóly, ale nevidia ich,“ povedal Crimaldi. „Ukazujeme, že táto záležitosť má oveľa energickejší a rýchlejšie sa šíriaci oblak, ako o tom väčšina ľudí vedela.“

Štúdia zistila, že tieto vzduchom prenášané častice sú vyvrhované rýchlosťou až 6,6 stôp (2 metre) za sekundu, pričom dosiahnu 4,9 stôp (1,5 metra) nad toaletou za 8 sekúnd. Zatiaľ čo najväčšie kvapôčky sa usadia na povrchoch v priebehu niekoľkých sekúnd, menšie častice (aerosóly menšie ako 5 mikrónov alebo jedna milióntina metra) môžu zostať vo vzduchu niekoľko minút alebo dlhšie.

Nie je to len vlastný odpad, o ktorý sa musia patróni kúpeľní starať. Niekoľko ďalších štúdií ukázalo, že patogény môžu v miske pretrvávať aj desiatky spláchnutí, čím sa zvyšuje potenciálne riziko expozície.

„Cieľom toalety je efektívne odstraňovať odpad z misy, ale robí to aj naopak, rozprašuje veľa materiálu nahor,“ povedal Crimaldi. „Naše laboratórium vytvorilo metodiku, ktorá poskytuje základ pre zlepšenie a zmiernenie tohto problému.“

žiadna strata času

Crimaldi beží Ekologické laboratórium dynamiky tekutín na CU Boulder, ktorá sa špecializuje na používanie laserových prístrojov, farbív a obrovských nádrží na tekutiny na štúdium všetkého Ako sa pachy dostanú do nášho nosa Ako sa chemikálie pohybujú v zakalených vodách. Myšlienka použitia laboratórnej technológie na sledovanie toho, čo sa deje vo vzduchu po spláchnutí toalety, bola jednou z pohodlia, zvedavosti a okolností.

Počas voľného týždňa minulý jún, kolega profesor karlova lipa A Mark Hernandez Pridali sa k nemu členovia programu environmentálneho inžinierstva a niekoľko postgraduálnych študentov z Crimaldiho laboratória, aby pripravili a spustili experiment. Aaron True, druhý autor štúdie a výskumný pracovník v Crimaldiho laboratóriu, bol nápomocný pri spustení a zaznamenávaní laserových meraní pre štúdiu.

Použili dva lasery: jeden nepretržite svietil na toaletu a nad ňou, zatiaľ čo druhý vysielal rýchle impulzy svetla do rovnakej oblasti. Kontinuálny laser ukázal, kde sa vzdušné častice nachádzajú vo vesmíre, zatiaľ čo pulzný laser mohol merať ich rýchlosť a smer. Medzitým dva fotoaparáty nasnímali obrázky s vysokým rozlíšením.

Samotná toaleta bola rovnakého typu, aký sa bežne vyskytuje na verejných toaletách v Severnej Amerike: označuje sa jednotka bez veka s valcovým splachovacím mechanizmom – či už manuálnym alebo automatickým – ktorý je pripevnený na zadnej strane pri stene, nazývaný ventil v štýle splachovača. ako. Úplne nové, čisté WC bolo naplnené iba vodou z vodovodu.

Vedeli, že tento okamžitý experiment môže byť stratou času, ale namiesto toho výskum vyvolal veľký rozruch.

„Očakávali sme, že sa tieto aerosólové častice vznášajú, ale vyleteli ako rakety,“ povedal Crimaldi.

Energetické častice vody vo vzduchu sa väčšinou pohybovali smerom nahor a k zadnej stene, ale ich rýchlosť bola nepredvídateľná. Krídlo sa tiež vyšplhalo na strop laboratória, a keďže nebolo kam ísť, presunulo sa zo steny a rozšírilo sa ďalej do miestnosti.

Experimentálne nastavenie nezahŕňalo žiadny pevný odpad alebo toaletný papier v miske a žiadne stánky alebo ľudia, ktorí sa pohybovali. Všetky tieto premenné v reálnom živote môžu problém zhoršiť, povedal Crimaldi.

Taktiež merali častice vo vzduchu pomocou optického počítadla častíc, zariadenia, ktoré nasáva vzorku vzduchu cez malú trubicu a svieti na ňu svetlom, čo umožňuje častice spočítať a zmerať. Malé častice nielenže plávajú dlhšie vo vzduchu, ale môžu uniknúť cez chĺpky v nose a dostať sa hlbšie do pľúc, čím sa stávajú nebezpečnejšími pre ľudské zdravie, takže bolo tiež dôležité vedieť, že Koľko častíc a akú veľkosť?

Aj keď tieto výsledky môžu byť prekvapujúce, táto štúdia poskytuje odborníkom v oblasti inštalatérstva a verejného zdravia konzistentný spôsob testovania vylepšeného dizajnu vodovodného potrubia a stratégií dezinfekcie a vetrania s cieľom znížiť riziko patogénov na verejných toaletách.

„Žiadne z týchto vylepšení sa nedá efektívne urobiť bez toho, aby sme vedeli, ako sa aerosólový oblak vyvíja a ako je poháňaný,“ povedal Crimaldi. „Možnosť vidieť toto neviditeľné pierko mení hru.“

Medzi ďalších autorov tejto publikácie patria: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsen a Anna Poels z Katedry stavebného, ​​environmentálneho a architektonického inžinierstva.