A CU tudósai rávilágítanak arra, mi történik, ha flow | CU Boulder ma

Szalagfotó: Egy nagy teljesítményű zöld lézer segít megjeleníteni a WC-ből származó aeroszolcsóvokat öblítés közben. (Köszönetnyilvánítás: Patrick Campbell/CU Boulder)

Az új CU Boulder kutatásnak köszönhetően a tudósok teljesen új megvilágításban látják a WC-öblítés hatását – és most már a világ is megteheti.

Élénkzöld lézerek és kameraberendezések segítségével a CU Boulder mérnökeiből álló csapat kísérletet végzett annak feltárására, hogy szabad szemmel láthatatlan apró vízcseppek hogyan kerülnek ki gyorsan a levegőbe, amikor egy fedő nélküli nyilvános WC-t leöblítenek. Most adták ki Tudományos jelentésekEz az első olyan tanulmány, amely közvetlenül vizualizálja a keletkező aeroszoloszlopot, és méri a benne lévő részecskék sebességét és diffúzióját.

Ezek az illékony részecskék köztudottan kórokozókat terjesztenek, és veszélyt jelenthetnek a nyilvános fürdők látogatóira. A potenciális betegségeknek való kitettség élénk megjelenítése azonban módszertant is kínál annak csökkentésére.

„Ha valami olyasmiről van szó, amit nem lát, könnyen úgy tesz, mintha nem lenne ott. De ha egyszer megnézi ezeket a videókat, soha többé nem fog arra gondolni, hogy a WC-t ugyanúgy öblítse le.” John Crimaldi, a tanulmány vezető szerzője és az építő-, környezet- és építészmérnök professzora. „Azáltal, hogy izgalmas képeket készítünk erről a folyamatról, tanulmányunk fontos szerepet játszhat a közegészségügyi üzenetküldésben.”

A kutatók több mint 60 éve tudják, hogy a WC öblítésekor a tervezésnek megfelelően szilárd és folyadékok hullanak ki belőle, de apró, láthatatlan részecskék is kikerülnek a levegőbe. Korábbi tanulmányok tudományos eszközökkel kimutatták a levegőben lévő részecskék jelenlétét az öblítő WC felett, és kimutatták, hogy nagyobb részecskék is leszállhatnak a környező felületekre, de eddig senki sem értette, hogyan néznek ki ezek a csóvák, vagy hogyan kerültek oda.

Ezen részecskék mozgásának és sebességének megértése – amelyek kórokozókat, például Escherichia colit, Clostridium difficile-t, norovírust és adenovírusokat terjeszthetnek – fontos az expozíciós kockázatok fertőtlenítési és szellőztetési stratégiáival, illetve a WC- és öblítési tervezés javításával történő csökkentése érdekében. Míg a COVID-19-et okozó vírus (SARS-CoV-2) jelen van az emberi hulladékban, jelenleg nincs meggyőző bizonyíték arra vonatkozóan, hogy a WC-spray révén hatékonyan terjed.

„Az emberek tudták, hogy a WC-k permetet bocsátanak ki, de nem látták” – mondta Crimaldi. „Megmutatjuk, hogy ez a dolog sokkal aktívabb és terjedő rovat, mint azok, akik ismerték ezt a koncepciót.”

A tanulmány megállapította, hogy ezek a levegőben lévő részecskék gyorsan, másodpercenként 6,6 láb (2 méter) sebességgel haladnak, és 8 másodpercen belül elérik a 4,9 láb (1,5 méter) magasságot a WC felett. Míg a nagyobb cseppek hajlamosak másodperceken belül leülepedni a felületekre, addig a kisebb részecskék (5 mikronnál kisebb aeroszolok) percekig vagy tovább is a levegőben maradhatnak.

A mosdóba járóknak nem csak a saját hulladékuk miatt kell aggódniuk. Számos más tanulmány kimutatta, hogy a kórokozók több tucat villanásig megmaradhatnak az érben, növelve a potenciális expozíció kockázatát.

„A WC célja az, hogy hatékonyan távolítsa el a hulladékot a tálból, de ennek az ellenkezőjét is teszi, vagyis a tartalom nagy részét a tetejére permetezi” – mondta Crimaldi. „Laborunk elkészített egy módszertant, amely alapot ad a probléma javításához és enyhítéséhez.”

Nem időpocsékolás

Crimaldi futtat egy fájlt Environmental Fluid Dynamics Lab a CU Bouldernél, amely lézeralapú eszközök, színezékek és óriási folyadéktartályok használatára specializálódott, hogy mindent tanulmányozzon. Hogyan jutnak el a szagok az orrunkba? hogyan mozognak a vegyszerek turbulens víztestekben. Az ötlet, hogy laboratóriumi technológiát használjunk annak nyomon követésére, hogy mi történik a levegőben a WC öblítése után, a kényelem, a kíváncsiság és a körülmény volt.

Tavaly júniusban egy szabad héten, professzortársak Carl Linden És a Mark Hernandez a Környezetmérnöki programból, és a Crimaldi laborból több végzős hallgató csatlakozott hozzá, hogy felállítsák és levezessék a kísérletet. Aaron True, a tanulmány második szerzője és a Crimaldi laboratórium kutatópartnere nagy szerepet játszott a tanulmány lézeres méréseinek lefutásában és rögzítésében.

Két lézert használtak: az egyik folyamatosan világított a vécé fölött és fölött, a másik pedig gyors fényimpulzusokat bocsátott ki ugyanazon a területen. Az állólézer észlelte, hol helyezkednek el a levegőben szálló részecskék az űrben, míg a pulzáló lézer mérni tudta azok sebességét és irányát. Eközben két kamera készített nagy felbontású fotókat.

Maga a vécé ugyanolyan típusú volt, mint általában a nyilvános mellékhelyiségekben Észak-Amerikában: egy fedél nélküli egység egy hengeres öblítő mechanizmussal – akár kézi, akár automatikus –, amely hátul, közel a falhoz süllyesztett, öblítésmérő típusú szelepként ismert. Az új tiszta WC-t csak csapvízzel töltötték meg.

Tudták, hogy ez a hirtelen kísérlet időpocsékolás lehet, de ehelyett a kutatás hatalmas lökést adott.

„Arra számítottunk, hogy ezek az aeroszolok lebegnek, de úgy jöttek ki, mint egy rakéta” – mondta Crimaldi.

Az energikus, levegőben szálló vízmolekulák többnyire felfelé és visszafelé haladtak a hátsó fal felé, de mozgásuk kiszámíthatatlan volt. Az akna a laboratórium mennyezetéig is felemelkedett, és mivel nem volt hova menni, kifelé mozdult a falból, és előreterjedt, be a helyiségbe.

A kísérleti elrendezés nem tartalmazott szilárd hulladékot vagy WC-papírt a tálban, és nem mozogtak bódék vagy emberek. Ezek a valós változók mind súlyosbíthatják a problémát, mondta Crimaldi.

A levegőben lebegő részecskéket is mérték egy optikai részecskeszámláló segítségével, egy olyan eszközzel, amely egy kis csövön keresztül levegőmintát szív be, és fényt vet rá, lehetővé téve a részecskék megszámlálását és mérését. A kisebb részecskék nemcsak tovább lebegnek a levegőben, de az orrszőrzetből is kiszabadulhatnak, és mélyebbre juthatnak a tüdejébe – ezáltal veszélyesebbek az emberi egészségre –, ezért a részecskék számának és méretének ismerete is fontos volt.

Bár ezek a megállapítások riasztóak lehetnek, a tanulmány a vízvezeték-szerelő és a közegészségügyi szakértők számára következetes módszert kínál a vízvezeték-tervezés, a fertőtlenítés és a szellőztetés továbbfejlesztett stratégiáinak tesztelésére annak érdekében, hogy csökkentsék a kórokozóknak való kitettség kockázatát a nyilvános mellékhelyiségekben.

„E fejlesztések egyike sem hajtható végre hatékonyan az aeroszoloszlop fejlődésének és mozgásának ismerete nélkül” – mondta Crimaldi. „Az, hogy láthatjuk ezt a láthatatlan oszlopot, megváltoztatja a játékot.”

A kiadvány további szerzői: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson és Anna Pauls, az Építőmérnöki, Környezetvédelmi és Építészeti Tanszékről.