물을 내릴 때마다 보이지 않는 에어로졸 기둥을 분출하는 증거 화장실

: By 존 크리멀드

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상업용 변기의 에어로졸 기둥은 변기 위로 5피트까지 올라갈 수 있습니다. 존 크리말디/사이언티픽 리포트, CC BY-NC-ND

변기 물을 내릴 때마다 작은 물방울이 주변 공기 중으로 방출됩니다. 라고 불리는 이 물방울들은 에어로졸 플룸, 인간의 배설물에서 병원균을 퍼뜨리고 공중 화장실에 있는 사람들을 전염병에 노출시킬 수 있습니다.

에어로졸 플룸의 확산에 대한 과학적 이해와 그 존재에 대한 대중의 인식은 일반적으로 볼 수 없다는 사실로 인해 방해를 받았습니다. 내 동료 아론 트루, 칼 린든, 마크 에르난데스, Lars Larson과 Anna Pauls와 저는 이 기둥을 비추는 고출력 레이저, 상업용 변기에서 퍼지는 에어로졸 기둥의 위치와 움직임을 생생하게 이미지화하고 측정할 수 있습니다.

이 비디오는 실험실에서 레이저 없이 세척한 후 에어로졸 기둥의 가시성을 비교합니다.

아래가 아니라 위로 간다

양변기는 배수관으로 내려가는 동작을 통해 변기 안의 내용물을 효율적으로 비울 수 있도록 설계되었습니다. 플러시 사이클에서 물은 보울 내부의 내용물과 강하게 접촉하여 공기 중에 부유하는 입자가 미세하게 분사됩니다.

우리는 일반적인 상업용 변기가 초당 6.6피트(초당 2미터)를 초과하는 속도로 강력한 상향 제트 공기를 생성하여 이러한 입자를 변기 시작 후 5초 이내에 변기 위로 최대 1.5피트(XNUMX미터)까지 빠르게 운반한다는 것을 발견했습니다. 플러시.

이러한 플룸을 시각화하기 위해 뚜껑이 없는 일반적인 상업용 화장실을 다음과 같이 설치했습니다. 플러시미터식 밸브 우리 연구실에서 북미 전역에서 발견되었습니다. 플러시미터 밸브는 중력 대신 압력을 사용하여 물을 그릇으로 보냅니다. 특수 광학 장치를 사용하여 그릇 상단에서 천장까지 영역을 비추는 얇은 수직 레이저 시트를 만들었습니다. 원격 전기 방아쇠로 변기 물을 내린 후 에어로졸 입자는 충분한 레이저 광선을 산란시켜 눈에 보이게 하므로 카메라를 사용하여 입자 기둥을 이미지화할 수 있습니다.

우리는 이러한 입자를 볼 것으로 예상했지만 보울에서 입자를 방출하는 제트의 강도에 여전히 놀랐습니다.

A 관련 연구 에어로졸 기둥의 형성을 예측하기 위해 이상화된 변기의 전산 모델을 사용했으며, 변기 위의 속도로 입자가 위로 이동하는 속도는 초당 3.3피트(초당 1미터)로 우리가 실제 화장실에서 관찰한 것의 절반 정도입니다. 화장실.

왜 레이저인가?

과학자들은 수십 년 동안 수세식 화장실은 에어로졸 입자를 공기 중으로 방출할 수 있습니다. 하지만, 실험적 연구 화장실에서 생성되는 입자의 수와 크기를 결정하기 위해 고정된 위치에서 공기를 샘플링하는 장치에 크게 의존해 왔습니다.

이러한 초기 접근 방식은 에어로졸의 존재를 확인할 수 있지만 플룸의 물리적 특성에 대한 정보는 거의 제공하지 않습니다. 이 정보는 에어로졸 기둥의 형성을 완화하고 질병 전파 능력을 줄이기 위한 전략을 개발하는 데 중요합니다.

이 비디오는 Aaron True가 컴퓨터 화면에서 수세식 변기 기둥의 실시간 이미지 데이터를 모니터링하는 모습을 보여줍니다.

로 공학 교수 그의 연구는 유체 물리학과 생태학적 또는 생물학적 과정 사이의 상호작용에 초점을 맞추고 있습니다. 내 실험실 레이저를 사용하여 다양한 사물의 상태를 확인하는 데 특화되어 있습니다. 복잡한 유체 흐름에 의해 운반. 대부분의 경우 이러한 것들은 레이저로 조명하기 전에는 보이지 않습니다.

레이저 광을 사용하여 유체 흐름을 측정할 때의 이점은 물리적 프로브와 달리 빛이 측정하려는 대상을 변경하거나 방해하지 않는다는 것입니다. 또한 레이저를 사용하여 보이지 않는 것을 보이게 하는 것은 사람들에게 다음과 같은 도움을 줍니다. 시각 생물, 그들이 살고 있는 유동적인 환경의 복잡성을 더 잘 이해합니다.

에어로졸 및 질병

병원균을 포함하는 에어로졸 입자가 중요합니다. 인간 질병 벡터. 일정 기간 동안 공기 중에 부유하는 더 작은 입자는 사람을 다음과 같은 호흡기 질환에 노출시킬 수 있습니다. 인플루엔자와 COVID-19 흡입을 통해. 표면에 빠르게 가라앉는 더 큰 입자는 다음과 같은 장 질환을 퍼뜨릴 수 있습니다. 노로 바이러스 손과 입의 접촉을 통해

대변으로 오염된 변기 물에는 다음과 같은 병원균 농도가 있을 수 있습니다. 수십 후에도 계속 홍조의. 그러나 그것은 여전히 열린 질문 화장실 에어로졸 플룸이 전파 위험을 나타내는지 여부에 대해.

우리는 에어로졸 기둥이 어떻게 이동하고 분산되는지를 시각적으로 그리고 정량적으로 설명할 수 있었지만, 우리의 작업은 화장실 기둥이 질병을 전파하는 방법을 직접적으로 다루지 않으며 이는 여전히 연구의 지속적인 측면입니다.

화장실 연기 확산 제한

우리의 실험 방법론은 수세식 변기에서 질병에 노출될 위험을 최소화하기 위한 다양한 전략을 테스트하기 위한 향후 작업의 토대를 제공합니다. 여기에는 새로운 변기 디자인에서 발생하는 에어로졸 기둥 또는 플러시 주기의 기간 또는 강도를 변경하는 플러시 밸브에 대한 변경 사항 평가가 포함될 수 있습니다.

한편, 변기 연기에 대한 인간의 노출을 줄이는 방법이 있습니다. 분명한 전략은 뚜껑을 닫아 플러싱 전. 그러나 이것은 에어로졸 플룸을 완전히 제거하지 못하며 공공, 상업 및 의료 시설의 많은 변기에는 뚜껑이 없습니다. 환기 또는 UV 소독 시스템은 또한 욕실의 에어로졸 플룸에 대한 노출을 완화할 수 있습니다.