Hochenergetische Laser beleuchten Toiletten und stoßen bei jeder Spülung unsichtbare Aerosolwolken aus

John Crimaldi ist Professor für Bau-, Umwelt- und Architekturingenieurwesen an der University of Colorado, Boulder.

Jedes Mal, wenn Sie die Toilette spülen, werden Säulen aus winzigen Wassertröpfchen in die Luft um Sie herum freigesetzt. Diese werden Tropfen genannt AerosolsäulenEs kann Krankheitserreger aus menschlichen Exkrementen verbreiten und Menschen in öffentlichen Toiletten Infektionskrankheiten aussetzen.

Das wissenschaftliche Verständnis der Ausbreitung von Aerosolfahnen – und das öffentliche Bewusstsein für ihre Existenz – wurde durch die Tatsache behindert, dass sie normalerweise unsichtbar sind. meine Kollegen Aaron hat RechtUnd die Karl LindeUnd die Markus HernándezUnd Lars Larson und Anna Pauls konnten wir nutzen Hochenergetische Laser zur Beleuchtung dieser Säulenwas es uns ermöglicht, den Ort und die Bewegung von Aerosolschwaden bei der Reinigung gewerblicher Toiletten in lebhaften Details zu visualisieren und zu messen.

Aufsteigen statt absteigen

Toiletten sind so konzipiert, dass der Inhalt durch eine Abwärtsbewegung im Abflussrohr effizient in die Schüssel entleert wird. Beim Spülgang kommt das Wasser in heftigen Kontakt mit dem Inhalt der Schüssel und erzeugt einen feinen Nebel aus in der Luft schwebenden Partikeln.

Wir haben festgestellt, dass eine typische kommerzielle Toilette einen kräftigen Strahl aufsteigender Luft mit Geschwindigkeiten von über 2 Metern pro Sekunde erzeugt und diese Partikel innerhalb von acht Sekunden bis zu 1,5 Meter über die Schüssel trägt Beginn der Spülung.

Um diese Säulen zu visualisieren, haben wir eine typische kommerzielle Toilette ohne Deckel mit a erstellt Strömungsmusterventil In unserem Labor in ganz Nordamerika. Durchflussmesserventile verwenden Druck statt Schwerkraft, um Wasser in den Behälter zu leiten. Wir haben eine spezielle Optik verwendet, um eine dünne vertikale Laserlichtschicht zu erzeugen, die den Bereich von der Oberseite der Schüssel bis zur Decke beleuchtet. Nach dem Spülen der Toilette mit einem ferngesteuerten elektrischen Auslöser streuen die Aerosolpartikel genug Laserlicht, um sichtbar zu werden, sodass wir Kameras verwenden können, um eine Partikelfahne zu fotografieren.

Obwohl wir erwartet hatten, diese Partikel zu sehen, waren wir dennoch erstaunt über die Kraft des Strahls, der die Partikel aus der Schüssel schleudert.

a verwandte Studie verwendeten ein Computermodell einer idealen Toilette, um die Bildung von Aerosolwolken vorherzusagen, wobei Partikel nach oben mit Geschwindigkeiten über der Schüssel von annähernd 3,3 Fuß pro Sekunde (1 Meter pro Sekunde) transportiert wurden, was etwa der Hälfte dessen entspricht, was wir bei der Toilette beobachtet haben.

Warum lasern?

Wissenschaftler haben es gewusst für Jahrzehnte Dass Toilettenspülungen Aerosolpartikel in die Luft abgeben können. aber, Experimentelle Studien Es stützte sich weitgehend auf Geräte, die an festen Orten Luftproben nahmen, um die Anzahl und Größe der von Toiletten produzierten Partikel zu bestimmen.

Während diese früheren Methoden das Vorhandensein von Aerosolen bestätigen können, liefern sie wenig Informationen über die Physik der Schwaden: wie sie aussehen, wie sie sich ausbreiten und wie schnell sie sich bewegen. Diese Informationen sind für die Entwicklung von Strategien zur Minderung der Bildung von Aerosolfahnen und zur Reduzierung ihres Potenzials zur Übertragung von Krankheiten unerlässlich.

Als ein Ingenieurprofessor deren Forschungsschwerpunkte auf den Wechselwirkungen zwischen Strömungsphysik und Umwelt- oder biologischen Prozessen liegen, mein Labor Er ist darauf spezialisiert, mit Lasern die Vielfalt von Objekten zu bestimmen Transportiert durch komplexe Flüssigkeitsströme. In vielen Fällen sind diese Objekte erst sichtbar, wenn wir sie mit einem Laser beleuchten.

Ein Vorteil der Verwendung von Laserlicht zur Messung von Flüssigkeitsströmen besteht darin, dass es im Gegensatz zu einer physischen Sonde das Licht nicht verändert oder das zu messende Objekt stört. Darüber hinaus hilft die Verwendung von Lasern, um unsichtbare Dinge sichtbar zu machen, Menschen, wie z visuelle Kreaturenein besseres Verständnis der Feinheiten der flüssigen Umgebung, in der sie leben.

Aerosole und Krankheiten

Aerosolpartikel, die Krankheitserreger enthalten, sind wichtig Vektoren menschlicher Krankheiten. Kleine Partikel, die für eine gewisse Zeit in der Luft schweben, können Menschen Atemwegserkrankungen aussetzen, wie z Grippe und COVID-19 durch Einatmen. Große Partikel, die sich schnell auf Oberflächen absetzen, können Darmkrankheiten wie z Norovirus Durch Kontakt mit Händen und Mund.

Mit Fäkalien verunreinigtes Toilettenwasser kann krankheitserregende Konzentrationen enthalten Fahren Sie nach den Ergebnissen fort von Werbegeschenken. Aber dennoch offene Frage ob Toilettensprayschwaden ein Übertragungsrisiko darstellen.

Während wir in der Lage waren, visuell und quantitativ zu beschreiben, wie sich Aerosolschwaden bewegen und verteilen, geht unsere Arbeit nicht direkt darauf ein, wie Toilettenschwaden Krankheiten übertragen, und dies bleibt ein laufender Aspekt der Forschung.

Begrenzen Sie die Ausbreitung der Toilettensäule

Unsere experimentelle Methodik bietet eine Grundlage für zukünftige Arbeiten, um eine Reihe von Strategien zu testen, um das Krankheitsrisiko durch Toilettenspülungen zu verringern. Dies könnte die Bewertung von Änderungen an Aerosolschwaden umfassen, die durch neue Designs von Toilettenschüsseln oder Spülventilen entstehen, die die Dauer oder Intensität des Spülzyklus verändern.

Inzwischen gibt es Möglichkeiten, die Exposition des Menschen gegenüber Toilettenschüsseln zu verringern. klare Strategie zu Mach den Deckel zu bevor gereinigt. Dies beseitigt jedoch Aerosolschwaden nicht vollständig, und viele Toiletten in öffentlichen, gewerblichen und medizinischen Einrichtungen haben keine Deckel. Belüftung bzw UV-Desinfektion Die Systeme können auch die Exposition gegenüber Sprühnebeln im Badezimmer mindern.

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