Ученые CU проливают свет на то, что происходит, когда вы течете | CU Боулдер сегодня

Фото к заголовку: Мощный зеленый лазер помогает визуализировать аэрозольные шлейфы из унитаза во время его смыва. (Источник: Патрик Кэмпбелл/CU Boulder)

Благодаря новому исследованию CU Boulder ученые видят эффект смыва в туалете в совершенно новом свете — и теперь мир тоже может.

Используя ярко-зеленые лазеры и камеру, команда инженеров CU Boulder провела эксперимент, чтобы показать, как крошечные капельки воды, невидимые невооруженным глазом, быстро выбрасываются в воздух, когда в общественном туалете без крышки смывается вода. Сейчас он опубликован в Научные отчетыЭто первое исследование, в котором непосредственно визуализируется образующийся аэрозольный столб и измеряются скорость и диффузия частиц в нем.

Известно, что эти летучие частицы переносят патогены и могут представлять опасность для посетителей общественных бань. Тем не менее, эта яркая визуализация потенциального воздействия болезни также обеспечивает методологию, помогающую уменьшить его.

«Если это что-то, чего вы не видите, легко сделать вид, что этого нет. Но как только вы посмотрите эти видео, вы больше никогда не будете думать о смыве в туалете как раньше». Джон Кримальди, ведущий автор исследования и профессор гражданской, экологической и архитектурной инженерии. «Создавая захватывающие визуальные эффекты этого процесса, наше исследование может сыграть важную роль в обмене сообщениями в области общественного здравоохранения».

Исследователям уже более 60 лет известно, что при смыве унитаза твердые и жидкие вещества выпадают в соответствии с замыслом, но в воздух также выбрасываются мелкие невидимые частицы. Предыдущие исследования использовали научные инструменты для обнаружения присутствия этих переносимых по воздуху частиц над смывными туалетами и показали, что более крупные частицы могут приземляться на окружающие поверхности, но до сих пор никто не понимал, как выглядели эти шлейфы и как частицы туда попали.

READ  НАСА начинает обратный отсчет до запуска лунной ракеты Artemis

Понимание траекторий и скоростей этих частиц, которые могут передавать такие патогены, как Escherichia coli, Clostridium difficile, норовирусы и аденовирусы, важно для снижения рисков воздействия с помощью стратегий дезинфекции и вентиляции или улучшения конструкции туалетов и смывов. Хотя вирус, вызывающий COVID-19 (SARS-CoV-2), присутствует в экскрементах человека, в настоящее время нет убедительных доказательств того, что он эффективно распространяется через туалетный спрей.

«Люди знали, что туалеты испускают брызги, но они не могли этого видеть», — сказал Кримальди. «Мы показываем, что эта вещь является гораздо более активной и распространяющейся колонкой, чем даже люди, которые знали об этой концепции».

Исследование показало, что эти переносимые по воздуху частицы перемещаются быстро, со скоростью 6,6 футов (2 метра) в секунду, достигая высоты 4,9 футов (1,5 метра) над унитазом за 8 секунд. В то время как более крупные капли имеют тенденцию оседать на поверхности в течение нескольких секунд, более мелкие частицы (аэрозоли менее 5 микрон или миллионные доли метра) могут оставаться во взвешенном состоянии в воздухе в течение нескольких минут или дольше.

Посетителям туалета приходится беспокоиться не только о собственных отходах. Несколько других исследований показали, что патогены могут сохраняться в сосуде в течение десятков вспышек, что увеличивает риск потенциального воздействия.

«Цель унитаза — эффективно удалять отходы из чаши, но он также делает и противоположное, то есть выбрасывает большую часть содержимого наверх», — сказал Кримальди. «Наша лаборатория создала методологию, которая обеспечивает основу для улучшения и смягчения этой проблемы».


Мощный зеленый лазер помогает визуализировать аэрозольные шлейфы из унитаза.

Вверху: Аарон Тру, научный сотрудник с докторской степенью (слева) и Джон Кримальди позируют с устройством. Внизу: мощный зеленый лазер помогает визуализировать аэрозольные шлейфы из унитаза во время его смыва. (Источник: Патрик Кэмпбелл/CU Boulder)

READ  Ученые обнаружили останки одного из крупнейших хищных динозавров Европы

Не пустая трата времени

Crimaldi запускает файл Лаборатория гидродинамики окружающей среды в CU Boulder, который специализируется на использовании лазерных устройств, красителей и гигантских резервуаров с жидкостью для изучения всего, от Как запахи достигают нашего носа? того, как химические вещества движутся в бурных водоемах. Идея использования лабораторных технологий для отслеживания того, что происходит в воздухе после смыва унитаза, была обусловлена ​​удобством, любопытством и обстоятельствами.

Во время бесплатной недели в июне прошлого года коллеги-профессора Карл Линден И Марк Эрнандес из программы «Экологическая инженерия», и несколько аспирантов из лаборатории Кримальди присоединились к нему, чтобы настроить и провести эксперимент. Аарон Тру, второй автор исследования и партнер по исследованиям в лаборатории Crimaldi, сыграл важную роль в проведении и записи лазерных измерений для исследования.

Они использовали два лазера: один непрерывно светил над унитазом, а другой посылал быстрые импульсы света в ту же область. Стационарный лазер определял, где в космосе находились частицы в воздухе, а пульсирующий лазер мог измерять их скорость и направление. Тем временем две камеры сделали фотографии в высоком разрешении.

Сам унитаз был того же типа, который обычно можно увидеть в общественных туалетах в Северной Америке: устройство без крышки с цилиндрическим механизмом смыва — ручным или автоматическим — который утоплен сзади близко к стене, известный как клапан типа смывателя. Новый чистый туалет был наполнен только водопроводной водой.

Они знали, что этот внезапный эксперимент может быть пустой тратой времени, но вместо этого исследование дало огромный толчок.

«Мы ожидали, что эти аэрозоли будут плавать, но они вышли как ракета», — сказал Кримальди.

Энергичные молекулы воды в воздухе направлялись в основном вверх и назад к задней стене, но их движение было непредсказуемым. Шахта также поднялась к потолку лаборатории, и, поскольку больше некуда было деваться, она выдвинулась наружу от стены и распространилась вперед, в комнату.

READ  Обнаружение огромного метеоритного кратера подо льдом Гренландии намного старше, чем считалось ранее

В экспериментальной установке не было твердых отходов или туалетной бумаги в миске, а также не было киосков или движущихся людей. По словам Кримальди, все эти переменные реального мира могут усугубить проблему.

Они также измерили частицы в воздухе с помощью оптического счетчика частиц — устройства, которое всасывает образец воздуха через небольшую трубку и освещает его, позволяя подсчитывать и измерять частицы. Мало того, что более мелкие частицы дольше плавают в воздухе, они также могут вырваться из волосков в носу и проникнуть глубже в легкие, что делает их более опасными для здоровья человека, поэтому важно знать количество и размер частиц.

Хотя эти результаты могут вызывать тревогу, исследование предоставляет специалистам по сантехнике и общественному здравоохранению последовательный способ протестировать улучшенную конструкцию сантехники, стратегии дезинфекции и вентиляции, чтобы снизить риск воздействия патогенов в общественных туалетах.

«Ни одно из этих усовершенствований не может быть эффективно реализовано без знания того, как развивается столб аэрозоля и как он движется», — сказал Кримальди. «Возможность увидеть этот невидимый столб меняет правила игры».

Среди дополнительных авторов этой публикации: Аарон Тру, Карл Линден, Марк Эрнандес, Ларс Ларссон и Анна Паулс из Департамента гражданского, экологического и архитектурного проектирования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.