Gli scienziati di CU fanno luce su cosa succede quando scorri | CU Boulder Oggi

Foto banner: un potente laser verde aiuta a visualizzare i pennacchi di aerosol da una toilette mentre viene scaricata. (Credito: Patrick Campbell/CU Boulder)

Grazie alla nuova ricerca CU Boulder, gli scienziati stanno vedendo l’effetto dello sciacquone sotto una luce completamente nuova – e ora anche il mondo può farlo.

Utilizzando laser verde brillante e apparecchiature fotografiche, un team di ingegneri CU Boulder ha condotto un esperimento per rivelare come minuscole goccioline d’acqua, invisibili ad occhio nudo, vengono rapidamente espulse nell’aria quando si scarica un bagno pubblico senza coperchio. Ora è pubblicato in Rapporti scientificiÈ il primo studio a visualizzare direttamente la colonna di aerosol risultante ea misurare la velocità e la diffusione delle particelle al suo interno.

È noto che queste particelle volatili trasmettono agenti patogeni e possono rappresentare un pericolo per i visitatori dei bagni pubblici. Tuttavia, questa vivida visualizzazione della potenziale esposizione alla malattia fornisce anche una metodologia per contribuire a ridurla.

“Se è qualcosa che non puoi vedere, è facile fingere che non ci sia. Ma una volta che guardi questi video, non penserai mai più allo sciacquone allo stesso modo.” Giovanni Crimaldi, primo autore dello studio e docente di ingegneria civile, ambientale e architettonica. “Creando immagini entusiasmanti di questo processo, il nostro studio può svolgere un ruolo importante nella messaggistica sulla salute pubblica”.

I ricercatori sanno da più di 60 anni che quando si tira lo sciacquone, solidi e liquidi cadono secondo il progetto, ma anche piccole particelle invisibili vengono rilasciate nell’aria. Precedenti studi hanno utilizzato strumenti scientifici per rilevare la presenza di queste particelle sospese nell’aria sopra gli sciacquoni e hanno dimostrato che particelle più grandi possono depositarsi sulle superfici circostanti, ma fino ad ora nessuno capiva che aspetto avessero questi pennacchi o come le particelle arrivassero lì.

Comprendere le traiettorie e le velocità di queste particelle, che possono trasmettere agenti patogeni come Escherichia coli, Clostridium difficile, norovirus e adenovirus, è importante per mitigare i rischi di esposizione attraverso strategie di disinfezione e ventilazione o una migliore progettazione di servizi igienici e scarichi. Sebbene il virus che causa il COVID-19 (SARS-CoV-2) sia presente nei rifiuti umani, al momento non ci sono prove conclusive che si diffonda efficacemente attraverso lo spray per WC.

“La gente sapeva che i bagni emettevano spray, ma non potevano vederlo”, ha detto Crimaldi. “Dimostriamo che questa cosa è una colonna molto più attiva e diffusa anche di persone che conoscevano questo concetto”.

Lo studio ha rilevato che queste particelle sospese nell’aria viaggiano rapidamente, a 6,6 piedi (2 metri) al secondo, raggiungendo 4,9 piedi (1,5 metri) sopra la toilette in 8 secondi. Mentre le goccioline più grandi tendono a depositarsi sulle superfici in pochi secondi, le particelle più piccole (aerosol inferiori a 5 micron o milionesimi di metro) possono rimanere sospese nell’aria per minuti o più.

Non sono solo i propri rifiuti di cui i frequentatori del bagno devono preoccuparsi. Diversi altri studi hanno dimostrato che i patogeni possono persistere in un vaso per dozzine di lampi, aumentando il rischio di potenziale esposizione.

“L’obiettivo di una toilette è rimuovere efficacemente i rifiuti dalla tazza, ma fa anche il contrario, ovvero spruzzare molto contenuto verso l’alto”, ha affermato Crimaldi. “Il nostro laboratorio ha creato una metodologia che fornisce una base per migliorare e mitigare questo problema”.

Non è una perdita di tempo

Crimaldi esegue un file Laboratorio di fluidodinamica ambientale alla CU Boulder, specializzata nell’utilizzo di dispositivi basati su laser, coloranti e giganteschi serbatoi di fluidi per studiare qualsiasi cosa, da Come arrivano gli odori al nostro naso? di come le sostanze chimiche si muovono in corpi d’acqua turbolenti. L’idea di utilizzare la tecnologia di laboratorio per tenere traccia di ciò che accade nell’aria dopo che un gabinetto è stato scaricato è stata una questione di convenienza, curiosità e circostanza.

Durante una settimana libera lo scorso giugno, colleghi professori Carlo Linden E il Marco Hernandez del corso di laurea in Ingegneria Ambientale, e diversi dottorandi del laboratorio Crimaldi si unirono a lui per allestire e condurre l’esperimento. Aaron True, secondo autore dello studio e partner di ricerca nel laboratorio Crimaldi, è stato determinante nell’esecuzione e nella registrazione delle misurazioni basate sul laser per lo studio.

Hanno usato due laser: uno che brillava continuamente sopra la toilette e l’altro che inviava veloci impulsi di luce sulla stessa area. Il laser stazionario ha rilevato dove si trovavano le particelle sospese nell’aria nello spazio, mentre il laser pulsante poteva misurarne la velocità e la direzione. Nel frattempo, due fotocamere hanno scattato foto ad alta risoluzione.

La stessa toilette era dello stesso tipo che si vede tipicamente nei bagni pubblici del Nord America: un’unità senza coperchio accompagnata da un meccanismo di scarico cilindrico, manuale o automatico, incassato nella parte posteriore vicino al muro, noto come valvola a sciacquone. La nuova toilette pulita era piena solo di acqua del rubinetto.

Sapevano che questo esperimento improvviso poteva essere una perdita di tempo, ma invece la ricerca ha creato un enorme impulso.

“Ci aspettavamo che questi aerosol galleggiassero, ma sono usciti come un razzo”, ha detto Crimaldi.

Le energiche molecole d’acqua trasportate dall’aria si dirigevano principalmente in alto e indietro verso la parete di fondo, ma il loro movimento era imprevedibile. Anche il pozzo raggiungeva il soffitto del laboratorio e, non avendo nessun altro posto dove andare, si spostò fuori dal muro e si propagò in avanti, nella stanza.

L’allestimento sperimentale non includeva rifiuti solidi o carta igienica nella ciotola e non c’erano bancarelle o persone che si muovevano. Queste variabili del mondo reale possono tutte esacerbare il problema, ha affermato Crimaldi.

Hanno anche misurato le particelle sospese nell’aria utilizzando un contatore ottico di particelle, un dispositivo che aspira un campione d’aria attraverso un tubicino e vi fa brillare una luce, permettendogli di contare e misurare le particelle. Non solo le particelle più piccole galleggiano nell’aria più a lungo, ma possono anche sfuggire dai peli nasali e raggiungere più in profondità i polmoni, rendendole più pericolose per la salute umana, quindi anche conoscere il numero e le dimensioni delle particelle era importante.

Sebbene questi risultati possano essere allarmanti, lo studio fornisce agli esperti idraulici e di sanità pubblica un modo coerente per testare migliori strategie di progettazione idraulica, disinfezione e ventilazione, al fine di ridurre il rischio di esposizione agli agenti patogeni nei bagni pubblici.

“Nessuno di questi miglioramenti può essere apportato in modo efficace senza sapere come si evolve la colonna di aerosol e come si muove”, ha affermato Crimaldi. “Essere in grado di vedere questo pilastro invisibile è un punto di svolta.”

Altri autori di questa pubblicazione includono: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson e Anna Pauls del Dipartimento di ingegneria civile, ambientale e architettonica.