Научници ЦУ расветлили су шта се дешава када течете | ЦУ Боулдер данас

Фотографија банера: Снажни зелени ласер помаже у визуелизацији аеросолних перја из тоалета док се испира. (Заслуге: Патрицк Цампбелл/ЦУ Боулдер)

Захваљујући новом истраживању ЦУ Боулдер, научници виде ефекат испирања тоалета у потпуно новом светлу – а сада и свет може.

Користећи светло зелене ласере и опрему за камере, тим инжењера ЦУ Боулдера спровео је експеримент како би открио како се ситне капљице воде, невидљиве голим оком, брзо избацују у ваздух када се јавни тоалет без поклопца испира. Сада је објављен у Научни извештајиТо је прва студија која директно визуализује резултујућу колону аеросола и мери брзину и дифузију честица унутар ње.

Познато је да ове испарљиве честице преносе патогене и могу представљати опасност за посетиоце јавних купатила. Међутим, ова живописна визуализација потенцијалне изложености болести такође пружа методологију која помаже у њеном смањењу.

„Ако је то нешто што не можете да видите, лако је претварати се да га нема. Али када једном погледате ове видео снимке, више никада нећете размишљати о испирању тоалета на исти начин.“ Џон Крималди, главни аутор студије и професор грађевинског, еколошког и архитектонског инжењерства. „Правећи узбудљиве визуелне приказе овог процеса, наша студија може играти важну улогу у порукама јавног здравља.“

Истраживачи више од 60 година знају да када се тоалет испусти, чврсте материје и течности испадају у складу са дизајном, али мале, невидљиве честице се такође испуштају у ваздух. Претходне студије су користиле научне алате за откривање присуства ових честица у ваздуху изнад тоалета за испирање и показале су да веће честице могу да слете на околне површине, али до сада нико није разумео како ти перјани изгледају или како су честице тамо доспеле.

Разумевање путања и брзина ових честица – које могу пренети патогене као што су Есцхерицхиа цоли, Цлостридиум диффициле, норовирус и аденовируси – важно је за ублажавање ризика од изложености кроз стратегије дезинфекције и вентилације, или побољшани дизајн тоалета и испирања. Иако је вирус који изазива ЦОВИД-19 (САРС-ЦоВ-2) присутан у људском отпаду, тренутно нема убедљивих доказа да се ефикасно шири кроз тоалет спреј.

„Људи су знали да тоалети испуштају спреј, али то нису могли да виде“, рекао је Крималди. „Показујемо да је ова ствар много активнија и шири се колумна чак и од људи који су знали за овај концепт.

Студија је открила да ове честице у ваздуху путују брзо, брзином од 6,6 стопа (2 метра) у секунди, достижући 4,9 стопа (1,5 метара) изнад тоалета за 8 секунди. Док веће капљице имају тенденцију да се таложе на површини у року од неколико секунди, мање честице (аеросоли мањи од 5 микрона или милионити део метра) могу остати суспендовани у ваздуху неколико минута или дуже.

Посетиоци купатила не морају да брину само о сопственом отпаду. Неколико других студија је показало да патогени могу да опстану у суду на десетине бљескова, повећавајући ризик од потенцијалног излагања.

„Циљ тоалета је да ефикасно уклони отпад из посуде, али ради и супротно, а то је да прска много садржаја до врха“, рекао је Крималди. „Наша лабораторија је створила методологију која пружа основу за побољшање и ублажавање овог проблема.

Није губљење времена

Црималди покреће датотеку Лабораторија за еколошку динамику флуида у ЦУ Боулдер, који је специјализован за коришћење ласерских уређаја, боја и огромних резервоара течности за проучавање свега од Како мириси допиру до нашег носа? о томе како се хемикалије крећу у турбулентним воденим тијелима. Идеја да се користи лабораторијска технологија за праћење шта се дешава у ваздуху након испирања тоалета била је погодност, радозналост и околности.

Током слободне недеље прошлог јуна, колеге професори Царл Линден И тхе Марк Хернандез са програма Инжењерство животне средине, а неколико дипломираних студената из лабораторије Црималди му се придружило да постави и води експеримент. Аарон Труе, други аутор студије и истраживачки партнер у лабораторији Црималди, био је кључан у вођењу и снимању ласерских мерења за студију.

Користили су два ласера: један који је непрекидно сијао изнад и изнад тоалета, а други који је слао брзе импулсе светлости преко истог подручја. Стационарни ласер је детектовао где се у свемиру налазе честице у ваздуху, док је пулсирајући ласер могао да мери њихову брзину и правац. У међувремену, две камере су направиле фотографије високе резолуције.

Сам тоалет је био истог типа који се обично виђа у јавним тоалетима у Северној Америци: јединица без поклопца праћена цилиндричним механизмом за испирање – било ручним или аутоматским – који је увучен позади близу зида, познат као вентил у стилу мерача воде. Нови чисти тоалет је био напуњен само водом из славине.

Знали су да би овај изненадни експеримент могао бити губљење времена, али уместо тога, истраживање је створило огроман подстицај.

„Очекивали смо да ће ови аеросоли некако плутати, али су изашли као ракета“, рекао је Крималди.

Енергични молекули воде у ваздуху ишли су углавном горе и назад према задњем зиду, али њихово кретање је било непредвидиво. Окно се такође подигло до плафона лабораторије, и без куда више да оде, померило се напоље од зида и проширило се напред, у просторију.

Експериментална поставка није укључивала чврсти отпад или тоалет папир у чинији, а није било тезги или људи који су се кретали. Све ове варијабле из стварног света могле би да погоршају проблем, рекао је Црималди.

Такође су мерили честице у ваздуху помоћу оптичког бројача честица, уређаја који усисава узорак ваздуха кроз малу цев и осветљава га, омогућавајући му да броји и мери честице. Не само да мање честице дуже лебде у ваздуху, већ могу и да побегну из носних длачица и доспеју дубље у плућа – што их чини опаснијим по људско здравље – па је такође важно знати број и величину честица.

Иако ови налази могу бити алармантни, студија пружа водоводним стручњацима и стручњацима за јавно здравље доследан начин да тестирају побољшани дизајн водовода, стратегије дезинфекције и вентилације, како би се смањио ризик од изложености патогенима у јавним тоалетима.

„Ниједно од ових побољшања не може бити ефикасно направљено без знања како се аеросолни стуб развија и како се креће“, рекао је Црималди. „Могућност да видите овај невидљиви стуб мења игру.”

Додатни аутори у овој публикацији су: Аарон Труе, Царл Линден, Марк Хернандез, Ларс Ларссон и Анна Паулс из Одељења за грађевинарство, животну средину и архитектонско инжењерство.