CU bilim adamları, aktığınızda ne olduğuna ışık tutuyor | CU Boulder Bugün

Afiş fotoğrafı: Güçlü bir yeşil lazer, tuvalet sifonu çekilirken aerosol bulutlarının görselleştirilmesine yardımcı olur. (Kredi: Patrick Campbell/CU Boulder)

Yeni CU Boulder araştırması sayesinde, bilim adamları tuvalet sifonunun etkisini yepyeni bir ışık altında görüyorlar ve artık dünya da görebiliyor.

CU Boulder mühendislerinden oluşan bir ekip, parlak yeşil lazerler ve kamera ekipmanı kullanarak, kapaksız bir umumi tuvalet sifonu çekildiğinde çıplak gözle görülemeyen küçük su damlacıklarının nasıl hızla havaya püskürtüldüğünü ortaya çıkarmak için bir deney yaptı. Şimdi yayınlandı bilimsel raporlarOrtaya çıkan aerosol kolonunu doğrudan görselleştiren ve içindeki parçacıkların hızını ve difüzyonunu ölçen ilk çalışmadır.

Bu uçucu parçacıkların patojenleri ilettiği bilinmektedir ve hamam ziyaretçileri için tehlike oluşturabilir. Bununla birlikte, potansiyel hastalığa maruz kalmanın bu canlı görselleştirmesi, onu azaltmaya yardımcı olacak bir metodoloji de sağlar.

“Göremediğiniz bir şeyse, yokmuş gibi davranmak kolaydır. Ancak bu videoları bir kez izlediğinizde, tuvalet sifonu çekmeyi bir daha asla eskisi gibi düşünmeyeceksiniz.” John Crimaldi, çalışmanın baş yazarı ve inşaat, çevre ve mimarlık mühendisliği profesörü. “Bu sürecin heyecan verici görsellerini yaparak, çalışmamız halk sağlığı mesajlarında önemli bir rol oynayabilir.”

Araştırmacılar 60 yılı aşkın bir süredir tuvalet sifonu çekildiğinde tasarıma göre katı ve sıvıların döküldüğünü, ancak küçük, görünmez parçacıkların da havaya salındığını biliyorlar. Önceki çalışmalar, sifonlu tuvaletlerin üzerindeki havadaki bu parçacıkların varlığını tespit etmek için bilimsel araçlar kullanmış ve daha büyük parçacıkların çevredeki yüzeylere inebileceğini göstermiştir, ancak şimdiye kadar kimse bu tüylerin neye benzediğini veya parçacıkların oraya nasıl geldiğini anlamamıştır.

Escherichia coli, Clostridium difficile, norovirüs ve adenovirüsler gibi patojenleri bulaştırabilen bu parçacıkların yörüngelerini ve hızlarını anlamak, dezenfeksiyon ve havalandırma stratejileri veya iyileştirilmiş tuvalet ve sifon tasarımı yoluyla maruz kalma risklerini azaltmak için önemlidir. COVID-19’a (SARS-CoV-2) neden olan virüs insan dışkısında bulunurken, şu anda tuvalet spreyi yoluyla verimli bir şekilde yayıldığına dair kesin bir kanıt yok.

Crimaldi, “İnsanlar tuvaletlerin sprey yaydığını biliyordu ama göremediler” dedi. “Bu şeyin, bu kavramı bilen insanlardan bile çok daha aktif ve yayılan bir sütun olduğunu gösteriyoruz.”

Çalışma, havadaki bu parçacıkların saniyede 6,6 fit (2 metre) hızla hareket ettiğini ve 8 saniye içinde tuvaletin 4,9 fit (1,5 metre) yukarısına ulaştığını buldu. Daha büyük damlacıklar saniyeler içinde yüzeylere yerleşme eğilimindeyken, daha küçük parçacıklar (5 mikrondan küçük aerosoller veya metrenin milyonda biri) dakikalar veya daha uzun süre havada asılı kalabilir.

Tuvalete gidenlerin endişelenmesi gereken sadece kendi atıkları değil. Diğer birkaç çalışma, patojenlerin bir damarda düzinelerce parlama boyunca kalabildiğini ve potansiyel maruz kalma riskini artırdığını göstermiştir.

Crimaldi, “Bir tuvaletin amacı, klozetteki atıkları etkili bir şekilde çıkarmaktır, ancak aynı zamanda bunun tersini de yapar, yani içeriğin çoğunu tepeye püskürtmektir” dedi. “Laboratuvarımız, bu sorunu iyileştirmek ve hafifletmek için bir temel sağlayan bir metodoloji oluşturdu.”

zaman kaybı değil

Crimaldi bir dosyayı çalıştırır Çevresel Akışkanlar Dinamiği Laboratuvarı her şeyi incelemek için lazer tabanlı cihazlar, boyalar ve dev sıvı tankları kullanma konusunda uzmanlaşmış CU Boulder’da. Kokular burnumuza nasıl ulaşır? kimyasalların türbülanslı su kütlelerinde nasıl hareket ettiği. Bir tuvaletin sifonu çekildikten sonra havada neler olduğunu takip etmek için laboratuvar teknolojisini kullanma fikri kolaylık, merak ve tesadüf eseriydi.

Geçen Haziran ayında boş bir hafta boyunca, profesör arkadaşlarım carl ıhlamur Ve Mark Hernandez Çevre Mühendisliği programından ve Crimaldi laboratuvarından birkaç yüksek lisans öğrencisi, deneyi kurmak ve yürütmek için ona katıldı. Çalışmanın ikinci yazarı ve Crimaldi laboratuvarındaki araştırma ortağı Aaron True, çalışma için lazer tabanlı ölçümlerin yürütülmesinde ve kaydedilmesinde etkili oldu.

İki lazer kullandılar: biri sürekli olarak tuvaletin üzerinde ve üzerinde parıldayan, diğeri ise aynı alan üzerine hızlı ışık atımları gönderen. Sabit lazer, havadaki parçacıkların uzayda nerede bulunduğunu tespit ederken, titreşimli lazer hızlarını ve yönlerini ölçebilir. Bu sırada iki kamera yüksek çözünürlüklü fotoğraflar çekti.

Tuvaletin kendisi, Kuzey Amerika’daki umumi tuvaletlerde tipik olarak görülenle aynı tipteydi: Sifon ölçer tarzı valf olarak bilinen, duvara yakın arkada girintili, silindirik bir sifon mekanizmasına (manuel veya otomatik) sahip kapaksız bir ünite. Yeni temiz tuvalet sadece musluk suyuyla dolduruldu.

Bu ani deneyin zaman kaybı olabileceğini biliyorlardı, ancak bunun yerine araştırma büyük bir destek yarattı.

Crimaldi, “Bu aerosollerin havada süzülmesini bekliyorduk ama roket gibi çıktılar” dedi.

Enerjik, havadaki su molekülleri çoğunlukla yukarı ve arka duvara doğru yöneldi, ancak hareketleri tahmin edilemezdi. Şaft ayrıca laboratuvarın tavanına kadar yükseldi ve gidecek başka yeri olmadığından duvardan dışarı doğru ilerledi ve odanın içine doğru yayıldı.

Deney düzeneğinde kasede katı atık veya tuvalet kağıdı yoktu ve etrafta hareket eden tezgahlar veya insanlar yoktu. Crimaldi, bu gerçek dünya değişkenlerinin hepsinin sorunu şiddetlendirebileceğini söyledi.

Ayrıca, havadaki parçacıkları küçük bir tüpten hava örneğini emen ve üzerine bir ışık tutarak parçacıkları saymasına ve ölçmesine izin veren bir cihaz olan optik parçacık sayacı kullanarak havadaki parçacıkları ölçtüler. Daha küçük parçacıklar havada daha uzun süre yüzmekle kalmaz, aynı zamanda burun kıllarından kaçabilir ve kişinin ciğerlerinin derinliklerine ulaşabilir – bu da onları insan sağlığı için daha tehlikeli hale getirir – bu nedenle parçacıkların sayısını ve boyutunu bilmek de önemliydi.

Bu bulgular endişe verici olsa da çalışma, sıhhi tesisat ve halk sağlığı uzmanlarına, umumi tuvaletlerde patojenlere maruz kalma riskini azaltmak için geliştirilmiş tesisat tasarımı, dezenfeksiyon ve havalandırma stratejilerini test etmek için tutarlı bir yol sağlıyor.

Crimaldi, “Bu iyileştirmelerin hiçbiri, aerosol kolonunun nasıl geliştiğini ve nasıl hareket ettiğini bilmeden etkili bir şekilde yapılamaz” dedi. “Bu görünmez sütunu görebilmek bir oyun değiştirici.”

Bu yayındaki diğer yazarlar şunlardır: İnşaat, Çevre ve Mimari Mühendisliği Bölümü’nden Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson ve Anna Pauls.