Aerosolschwaden von kommerziellen Toiletten können 5 Fuß über die Schüssel steigen. John Crimaldi/Wissenschaftliche Berichte, CC BY-NC-ND
Jedes Mal, wenn Sie eine Toilette spülen, werden Schwaden winziger Wassertröpfchen in die Luft um Sie herum freigesetzt. Diese Tröpfchen, genannt Aerosolwolken, kann Krankheitserreger aus menschlichen Ausscheidungen verbreiten und Menschen in öffentlichen Toiletten ansteckenden Krankheiten 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 wahr, Karl Linde, Markus Hernández, Lars Larson und Anna Pauls und ich nutzen konnten Hochleistungslaser, um diese Fahnen zu beleuchten, was es uns ermöglicht, den Ort und die Bewegung sich ausbreitender Aerosolschwaden von gewerblichen Toilettenspülungen in lebhaften Details abzubilden und zu messen.
Dieses Video vergleicht die Sichtbarkeit einer Aerosolwolke nach einer Spülung ohne und mit Laser in einem Labor.
Rauf statt runter
Toiletten sind so konzipiert, dass sie den Inhalt der Schüssel effizient durch eine Abwärtsbewegung in das Abflussrohr entleeren. Beim Spülzyklus kommt Wasser in starken Kontakt mit dem Inhalt der Schüssel und erzeugt einen feinen Sprühnebel aus in der Luft schwebenden Partikeln.
Wir haben festgestellt, dass eine typische kommerzielle Toilette einen starken Luftstrahl nach oben mit Geschwindigkeiten von mehr als 6.6 Metern pro Sekunde erzeugt und diese Partikel innerhalb von acht Sekunden nach dem Start schnell bis zu 2 Meter über die Schüssel trägt die Spülung.
Um diese Schwaden sichtbar zu machen, haben wir eine typische kommerzielle Toilette ohne Deckel mit a eingerichtet Ventil im Flushometer-Stil gefunden in ganz Nordamerika in unserem Labor. Flushometer-Ventile verwenden Druck anstelle der Schwerkraft, um Wasser in die Schüssel zu leiten. Wir haben spezielle Optiken verwendet, um eine dünne vertikale Schicht aus Laserlicht zu erzeugen, die den Bereich von der Oberseite der Schüssel bis zur Decke beleuchtet. Nach dem Spülen der Toilette mit einem elektrischen Fernauslöser streuen die Aerosolpartikel genug Laserlicht, um sichtbar zu werden, sodass wir Kameras verwenden können, um die Partikelfahne abzubilden.
Obwohl wir erwartet hatten, diese Partikel zu sehen, waren wir dennoch überrascht von der Stärke des Strahls, der die Partikel aus der Schüssel schleuderte.
A verwandte Studie verwendeten ein Computermodell einer idealisierten Toilette, um die Bildung von Aerosolwolken vorherzusagen, mit einem Aufwärtstransport von Partikeln mit Geschwindigkeiten über der Schüssel von annähernd 3.3 Fuß pro Sekunde (1 Meter pro Sekunde), was etwa der Hälfte dessen entspricht, was wir bei einer echten Toilette beobachtet haben Toilette.
Warum Laser?
Wissenschaftler haben es gewusst seit Jahrzehnten dass Toilettenspülungen Aerosolpartikel in die Luft abgeben können. Jedoch, Experimentelle Studien haben sich weitgehend auf Geräte verlassen, die an festen Stellen Luftproben nehmen, um die Anzahl und Größe der von Toiletten produzierten Partikel zu bestimmen.
Während diese früheren Ansätze 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 entscheidend für die Entwicklung von Strategien zur Minderung der Bildung von Aerosolfahnen und zur Verringerung ihrer Fähigkeit zur Übertragung von Krankheiten.
Dieses Video zeigt Aaron True, wie er die Live-Bilddaten einer Toilettenspülung auf einem Computerbildschirm überwacht.
Als Ingenieurprofessor deren Forschungsschwerpunkt auf Wechselwirkungen zwischen Strömungsphysik und ökologischen oder biologischen Prozessen liegt, mein Labor ist spezialisiert auf die Verwendung von Lasern, um zu bestimmen, wie verschiedene Dinge sind durch komplexe Flüssigkeitsströme transportiert. In vielen Fällen sind diese Dinge unsichtbar, bis wir sie mit Lasern beleuchten.
Ein Vorteil der Verwendung von Laserlicht zur Messung von Flüssigkeitsströmen besteht darin, dass Licht im Gegensatz zu einer physikalischen Sonde das, was Sie zu messen versuchen, nicht verändert oder stört. Darüber hinaus hilft die Verwendung von Lasern, um unsichtbare Dinge sichtbar zu machen, Menschen, wie visuelle Kreaturen, die Komplexität in der fließenden Umgebung, in der sie leben, besser zu verstehen.
Aerosole und Krankheiten
Aerosolpartikel, die Krankheitserreger enthalten, sind wichtig menschliche Krankheitsüberträger. Kleinere Partikel, die für eine gewisse Zeit in der Luft schweben, können Menschen Atemwegserkrankungen wie z Grippe und COVID-19 durch Einatmen. Größere Partikel, die sich schnell auf Oberflächen absetzen, können z. B. Darmerkrankungen verbreiten Norovirus durch Kontakt mit den Händen und dem Mund.
Durch Fäkalien verunreinigtes Toilettenschüsselwasser kann Erregerkonzentrationen aufweisen bestehen nach Dutzenden von Spülungen. Aber es ist immer noch eine offene Frage ob Toilettenaerosolschwaden 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.
Begrenzung der Ausbreitung der Toilettenfahne
Unsere experimentelle Methodik bietet eine Grundlage für zukünftige Arbeiten, um eine Reihe von Strategien zu testen, um das Risiko einer Exposition gegenüber Krankheiten durch Toilettenspülungen zu minimieren. Dies könnte die Bewertung von Änderungen an Aerosolschwaden umfassen, die von neuen Toilettenschüsseldesigns oder Spülventilen ausgehen, die die Dauer oder Intensität des Spülzyklus verändern.
Inzwischen gibt es Möglichkeiten, die Exposition des Menschen gegenüber Toilettenschwaden zu verringern. Eine offensichtliche Strategie ist es Mach den Deckel zu vor dem Spülen. Dies beseitigt jedoch Aerosolschwaden nicht vollständig, und viele Toiletten in öffentlichen, gewerblichen und medizinischen Einrichtungen haben keine Deckel. Belüftung bzw UV-Desinfektion Systeme könnten auch die Exposition gegenüber Aerosolfahnen im Badezimmer mindern.
Über den Autor
John Crimaldi, Professor für Bau-, Umwelt- und Architekturingenieurwesen, University of Colorado Boulder
Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.
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