Аэрозольные шлейфы из коммерческих туалетов могут подниматься на 5 футов над чашей. Джон Кримальди/Scientific Reports, CC BY-NC-ND

Каждый раз, когда вы спускаете воду в унитазе, в воздух вокруг вас выбрасываются шлейфы крошечных капель воды. Эти капли, называемые аэрозольные шлейфы, могут распространять патогены из отходов жизнедеятельности человека и подвергать людей в общественных туалетах риску заражения заразными заболеваниями.

Научному пониманию распространения аэрозольных шлейфов и осведомленности общественности об их существовании препятствует тот факт, что обычно они невидимы. Мои коллеги Аарон Тру, Карл Линден, Марк Эрнандес, Ларс Ларсон и Анна Паулс и я смогли использовать мощные лазеры для освещения этих шлейфов, что позволяет нам отображать и измерять местоположение и движение распространяющихся аэрозольных шлейфов от смыва коммерческих туалетов в ярких деталях.

В этом видео сравнивается видимость аэрозольного шлейфа после промывки без лазера и с лазером в лаборатории.

Идти вверх, а не вниз

Унитазы предназначены для эффективного опорожнения содержимого чаши за счет движения вниз в сливную трубу. В цикле промывки вода вступает в сильный контакт с содержимым внутри чаши и создает мелкодисперсную струю частиц, взвешенных в воздухе.

Мы обнаружили, что типичный коммерческий туалет генерирует сильную восходящую струю воздуха со скоростью, превышающей 6.6 футов в секунду (2 метра в секунду), быстро перенося эти частицы на высоту до 5 футов (1.5 метра) над чашей в течение восьми секунд после начала туалета. флеш.

Чтобы визуализировать эти шлейфы, мы установили типичный коммерческий туалет без крышки с клапан в виде флюшометра найдены по всей Северной Америке в нашей лаборатории. Клапаны смыва используют давление вместо гравитации, чтобы направить воду в чашу. Мы использовали специальную оптику, чтобы создать тонкий вертикальный слой лазерного света, который освещал область от верха чаши до потолка. После смыва унитаза с помощью удаленного электрического триггера частицы аэрозоля рассеивают достаточно лазерного света, чтобы стать видимыми, что позволяет нам использовать камеры для изображения шлейфа частиц.

Хотя мы ожидали увидеть эти частицы, нас все же удивила сила струи, выбрасывающей частицы из чаши.

A исследование использовали компьютерную модель идеализированного туалета, чтобы предсказать образование аэрозольных шлейфов со скоростью восходящего переноса частиц над чашей, приближающейся к 3.3 фута в секунду (1 метр в секунду), что составляет примерно половину того, что мы наблюдали с реальным туалет.

Почему лазеры?

Ученые знали на протяжении десятилетий что смывные туалеты могут выбрасывать аэрозольные частицы в воздух. Однако, экспериментальные исследования в значительной степени полагались на устройства, которые брали пробы воздуха в фиксированных местах, чтобы определить количество и размер частиц, производимых туалетами.

Хотя эти более ранние подходы могут подтвердить наличие аэрозолей, они дают мало информации о физике шлейфов: как они выглядят, как распространяются и как быстро движутся. Эта информация имеет решающее значение для разработки стратегий по уменьшению образования аэрозольных шлейфов и снижению их способности передавать болезни.

В этом видео показано, как Аарон Тру наблюдает за изображением в реальном времени сливного шлейфа унитаза на экране компьютера.

В качестве профессор инженерии чьи исследования сосредоточены на взаимодействии между физикой жидкости и экологическими или биологическими процессами, моя лаборатория специализируется на использовании лазеров для определения того, как устроены различные вещи. транспортируется сложными потоками жидкости. Во многих случаях эти вещи невидимы, пока мы не подсветим их лазерами.

Преимущество использования лазерного света для измерения потоков жидкости заключается в том, что, в отличие от физического датчика, свет не изменяет и не разрушает то, что вы пытаетесь измерить. Кроме того, использование лазеров для того, чтобы сделать невидимые вещи видимыми, помогает людям, поскольку визуальные существа, лучше понимать сложности в изменчивой среде, в которой они живут.

Аэрозоли и болезни

Аэрозольные частицы, содержащие патогены, важны переносчики болезней человека. Более мелкие частицы, которые остаются взвешенными в воздухе в течение определенного периода времени, могут подвергать людей респираторным заболеваниям, таким как грипп и COVID-19 через вдох. Более крупные частицы, которые быстро оседают на поверхности, могут распространять кишечные заболевания, такие как норовирус через контакт руками и ртом.

Вода в унитазе, загрязненная фекалиями, может содержать патогенные микроорганизмы в такой концентрации. сохраняться после десятков приливов. Но это все еще открытый вопрос относительно того, представляют ли шлейфы туалетного аэрозоля риск передачи инфекции.

Хотя мы смогли визуально и количественно описать, как аэрозольные шлейфы движутся и рассеиваются, наша работа напрямую не касается того, как шлейфы туалетов передают болезни, и это остается постоянным аспектом исследований.

Ограничение распространения туалетного шлейфа

Наша экспериментальная методология обеспечивает основу для будущей работы по тестированию ряда стратегий по минимизации риска заражения болезнями в результате смыва туалетов. Это может включать оценку изменений в аэрозольных шлейфах, исходящих от новых конструкций унитазов или смывных клапанов, которые изменяют продолжительность или интенсивность цикла смыва.

Между тем, есть способы уменьшить воздействие туалетных шлейфов на человека. Очевидная стратегия состоит в том, чтобы закрой крышку перед промывкой. Однако это не устраняет полностью аэрозольные шлейфы, и многие туалеты в общественных, коммерческих и медицинских учреждениях не имеют крышек. Вентиляция или УФ дезинфекция системы также могут уменьшить воздействие аэрозольных шлейфов в ванной комнате.

Об авторе

Джон Кримальди, профессор гражданской, экологической и архитектурной инженерии, Университет Колорадо Боулдер

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Тело ведет счет: мозг, разум и тело в исцелении травмы

Бессель ван дер Колк

Эта книга исследует связи между травмой и физическим и психическим здоровьем, предлагая идеи и стратегии для исцеления и восстановления.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Дыхание: новая наука об утерянном искусстве

Джеймс Нестор

Эта книга исследует науку и практику дыхания, предлагая идеи и методы для улучшения физического и психического здоровья.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Парадокс растений: скрытые опасности «здоровой» пищи, вызывающие болезни и увеличение веса

Стивен Р. Гандри

Эта книга исследует связи между диетой, здоровьем и болезнями, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Код иммунитета: новая парадигма настоящего здоровья и радикального омоложения

Джоэл Грин

Эта книга предлагает новый взгляд на здоровье и иммунитет, опираясь на принципы эпигенетики и предлагая идеи и стратегии для оптимизации здоровья и старения.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Полное руководство по голоданию: исцелите свое тело с помощью прерывистого, чередующегося и длительного голодания

д-р Джейсон Фанг и Джимми Мур

Эта книга исследует науку и практику голодания, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа