この記事はもともと 会話。
トイレを流すたびに、小さな水滴のプルームが周囲の空気中に放出されます。 これらの液滴は、 エアロゾルプルーム、人間の排泄物から病原体を拡散し、公衆トイレの人々を伝染病にさらす可能性があります。
エアロゾル プルームの拡散に関する科学的理解、およびその存在に対する一般の認識は、通常は目に見えないという事実によって妨げられてきました。 私の同僚 アーロン・トゥルー、 カール・リンデン、 マーク・ヘルナンデス、Lars Larson と Anna Pauls と私は使用できました これらのプルームを照射するための高出力レーザーこれにより、業務用トイレの水洗から拡散するエアロゾル プルームの位置と動きを鮮明な詳細で画像化し、測定することができます。
下がるどころか上がる
トイレは、ボウル内の内容物を下向きの動きで排水管に効率的に排出するように設計されています。 フラッシュサイクルでは、水がボウル内の内容物と強く接触し、空気中に浮遊する粒子の細かいスプレーを作成します。
典型的な商業用トイレは、毎秒 6.6 フィート (毎秒 2 メートル) を超える速度で強力な上向きの空気の噴流を生成し、これらの粒子をトイレの開始から 8 秒以内に便器の上 5 フィート (1.5 メートル) まで急速に運ぶことがわかりました。フラッシュ。
これらのプルームを視覚化するために、典型的なふたのない業務用トイレを設置しました。 フラッシュメーター式バルブ 私たちの研究室では北アメリカ中に見られます。 フラッシュメーター バルブは、重力の代わりに圧力を使用して水をボウルに送ります。 特別な光学系を使用して、ボウルの上部から天井までの領域を照らすレーザー光の薄い垂直シートを作成しました。 リモート電気トリガーでトイレを洗い流した後、エアロゾル粒子は十分な量のレーザー光を散乱させて可視化し、カメラを使用して粒子のプルームを画像化できるようにします。
これらの粒子が見えることは予想していましたが、ボウルから粒子を放出するジェットの強さに驚きました。
あ 関連研究 理想化されたトイレの計算モデルを使用して、エアロゾルプルームの形成を予測しました。ボウルの上の速度での粒子の上方への輸送は、毎秒 3.3 フィート (毎秒 1 メートル) に近づきました。トイレ。
なぜレーザー？
科学者たちは知っていた 何十年も 水洗トイレがエアロゾル粒子を空気中に放出する可能性があること。 でも、 実験的研究 トイレが生成する粒子の数とサイズを決定するために、固定された場所で空気をサンプリングするデバイスに大きく依存してきました。
これらの初期のアプローチはエアロゾルの存在を確認できますが、プルームの物理的性質 (どのように見えるか、どのように広がるか、どのくらいの速さで移動するか) についてはほとんど情報を提供しません。 この情報は、エアロゾルプルームの形成を緩和し、病気を伝染させる能力を減らすための戦略を開発するために重要です。
として 工学教授 その研究は、流体物理学と生態学的または生物学的プロセスとの間の相互作用に焦点を当てています。 私の研究室 レーザーを使用して、さまざまなものがどのように変化しているかを特定することを専門としています 複雑な流体の流れによって運ばれる. 多くの場合、これらはレーザーで照射するまで見えません。
流体の流れを測定するためにレーザー光を使用する利点は、物理的なプローブとは異なり、光が測定しようとしているものそのものを変更したり妨害したりしないことです。 さらに、レーザーを使用して目に見えないものを見えるようにすることは、 ビジュアルクリーチャー、彼らが住んでいる流動的な環境の複雑さをよりよく理解してください。
エアロゾルと病気
病原体を含むエアロゾル粒子が重要 人間の病気のベクトル. 小さな粒子が空気中に一定時間浮遊すると、次のような呼吸器疾患にさらされる可能性があります。 インフルエンザとCOVID-19 吸入を通して。 表面にすばやく沈着する大きな粒子は、腸の病気を広げる可能性があります ノロウイルス 手や口との接触を通して。
糞便で汚染された便器の水は、病原体濃度が 何十回も続く フラッシュの。 しかし、それはまだです 開かれた質問 トイレのエアロゾルプルームが感染リスクをもたらすかどうかについて。
エアロゾルプルームがどのように移動して分散するかを視覚的かつ定量的に説明することはできましたが、私たちの研究はトイレプルームがどのように病気を伝染させるかを直接的に扱っているわけではなく、これは研究の進行中の側面のままです.
トイレの煙の広がりを制限する
私たちの実験的方法論は、トイレの水洗による病気への曝露のリスクを最小限に抑えるためのさまざまな戦略をテストするための将来の作業の基盤を提供します。 これには、新しい便器のデザインやフラッシュ サイクルの持続時間や強度を変更するフラッシュ バルブから発生するエアロゾル プルームの変化を評価することが含まれます。
一方、人間がトイレの煙にさらされるのを減らす方法はいくつかあります。 明らかな戦略は、 ふたを閉める フラッシング前。 ただし、これでエアロゾル プルームを完全になくすことはできず、公共施設、商業施設、医療施設の多くのトイレには蓋がありません。 換気または 紫外線消毒 このシステムは、浴室内のエアロゾル プルームへの曝露を軽減することもできます。
John Crimaldi は、国立科学財団、国立衛生研究所、および米国陸軍 DEVCOM 化学生物学センターから資金提供を受けています。