مفلطح toliet aresols 12 10
 يمكن أن ترتفع أعمدة الهباء الجوي من المراحيض التجارية بمقدار 5 أقدام فوق الوعاء. جون كريمالدي / التقارير العلمية, CC BY-NC-ND

في كل مرة تقوم فيها بغسل المرحاض ، فإنه يطلق أعمدة من قطرات الماء الصغيرة في الهواء من حولك. تسمى هذه القطرات أعمدة الهباء الجوي، يمكن أن ينشر مسببات الأمراض من الفضلات البشرية ويعرض الناس في الحمامات العامة للأمراض المعدية.

تعرقل الفهم العلمي لانتشار أعمدة الهباء الجوي - والوعي العام بوجودها - بحقيقة أنها غير مرئية في العادة. زملائي آرون صحيح, كارل ليندن, مارك هرنانديزو Lars Larson و Anna Pauls كنا قادرين على استخدامها ليزر عالي الطاقة لإلقاء الضوء على هذه الأعمدة، مما يمكننا من تصوير وقياس موقع وحركة انتشار أعمدة الهباء من تنظيف المراحيض التجارية بتفاصيل حية.

يقارن هذا الفيديو رؤية عمود الهباء الجوي بعد التدفق بدون الليزر ومعه في المختبر.

 

الصعود بدلاً من النزول

تم تصميم المراحيض لتفريغ المحتويات داخل الوعاء بكفاءة من خلال حركة هبوطية في أنبوب التصريف. في دورة الشطف ، يتلامس الماء بقوة مع المحتويات الموجودة داخل الوعاء ويخلق رذاذًا ناعمًا من الجسيمات العالقة في الهواء.


رسم الاشتراك الداخلي


وجدنا أن مرحاضًا تجاريًا نموذجيًا يولد نفاثًا قويًا من الهواء الصاعد بسرعات تتجاوز 6.6 قدم في الثانية (2 متر في الثانية) ، ويحمل هذه الجسيمات بسرعة تصل إلى 5 أقدام (1.5 متر) فوق الوعاء في غضون ثماني ثوانٍ من بداية التدفق.

لتصور هذه الأعمدة ، أنشأنا مرحاضًا تجاريًا نموذجيًا بدون غطاء مع أ صمام نمط التدفق الموجودة في جميع أنحاء أمريكا الشمالية في مختبرنا. تستخدم صمامات مقياس التدفق الضغط بدلاً من الجاذبية لتوجيه الماء إلى الوعاء. استخدمنا بصريات خاصة لإنشاء ورقة رأسية رقيقة من ضوء الليزر الذي يضيء المنطقة من أعلى الوعاء إلى السقف. بعد غسل المرحاض بمشغل كهربائي بعيد ، تنثر جزيئات الهباء الجوي ما يكفي من ضوء الليزر ليصبح مرئيًا ، مما يسمح لنا باستخدام الكاميرات لتصوير عمود من الجسيمات.

على الرغم من أننا توقعنا رؤية هذه الجسيمات ، إلا أننا ما زلنا مندهشين من قوة النفث الذي يقذف الجسيمات من الوعاء.

A الدراسة ذات الصلة استخدم نموذجًا حسابيًا للمرحاض المثالي للتنبؤ بتكوين أعمدة الهباء الجوي ، مع النقل التصاعدي للجسيمات بسرعات أعلى من الوعاء تقترب من 3.3 قدم في الثانية (1 متر في الثانية) ، وهو حوالي نصف ما لاحظناه مع حقيقة الحمام.

لماذا الليزر؟

لقد عرف العلماء لعقود من الزمان أن المراحيض المتدفقة يمكن أن تطلق جزيئات الهباء الجوي في الهواء. لكن، دراسات تجريبية اعتمدت إلى حد كبير على الأجهزة التي أخذت عينات من الهواء في مواقع ثابتة لتحديد عدد وحجم الجزيئات التي تنتجها المراحيض.

في حين أن هذه الأساليب السابقة يمكن أن تؤكد وجود الهباء الجوي ، فإنها توفر القليل من المعلومات حول فيزياء الأعمدة: كيف تبدو ، وكيف تنتشر ، ومدى سرعة تحركها. هذه المعلومات ضرورية لتطوير استراتيجيات للتخفيف من تكون أعمدة الهباء الجوي وتقليل قدرتها على نقل المرض.

يُظهر هذا الفيديو آرون ترو وهو يراقب بيانات الصورة الحية لعمود المرحاض المتدفق على شاشة الكمبيوتر.

 

كبائع علي استاذ هندسة الذي يركز بحثه على التفاعلات بين فيزياء السوائل والعمليات البيئية أو البيولوجية ، مختبري متخصص في استخدام الليزر لتحديد مدى تنوع الأشياء تنقلها تدفقات السوائل المعقدة. في كثير من الحالات ، تكون هذه الأشياء غير مرئية حتى نضيءها بالليزر.

تتمثل إحدى ميزات استخدام ضوء الليزر لقياس تدفقات السوائل في أنه ، على عكس المجس الفيزيائي ، لا يغير الضوء أو يعطل الشيء الذي تحاول قياسه. علاوة على ذلك ، فإن استخدام الليزر لجعل الأشياء غير المرئية مرئية يساعد الناس ، مثل مخلوقات بصرية، فهم أفضل للتعقيدات في البيئة السائلة التي يعيشون فيها.

الهباء الجوي والأمراض

جزيئات الهباء الجوي التي تحتوي على مسببات الأمراض مهمة ناقلات الأمراض البشرية. الجزيئات الصغيرة التي تبقى معلقة في الهواء لفترة من الوقت يمكن أن تعرض الناس لأمراض الجهاز التنفسي مثل الأنفلونزا و COVID-19 عن طريق الاستنشاق. يمكن للجزيئات الكبيرة التي تستقر بسرعة على الأسطح أن تنشر الأمراض المعوية مثل نوروفيروس من خلال ملامسة اليدين والفم.

يمكن أن تحتوي مياه المرحاض الملوثة بالبراز على تركيزات مسببة للأمراض تستمر بعد العشرات من الهبات. لكنها لا تزال سؤال مفتوح حول ما إذا كانت أعمدة رذاذ المرحاض تشكل خطر انتقال.

بينما كنا قادرين بصريًا وكميًا على وصف كيفية تحرك أعمدة الهباء الجوي وتشتت ، فإن عملنا لا يعالج بشكل مباشر كيف تنقل أعمدة المراحيض المرض ، ولا يزال هذا جانبًا مستمرًا من البحث.

الحد من انتشار عمود المرحاض

توفر منهجيتنا التجريبية أساسًا للعمل المستقبلي لاختبار مجموعة من الاستراتيجيات لتقليل مخاطر التعرض للأمراض الناتجة عن غسل المراحيض. يمكن أن يشمل ذلك تقييم التغييرات التي تطرأ على أعمدة الهباء الجوي المنبثقة عن تصميمات جديدة لأحواض المرحاض أو صمامات التدفق التي تغير مدة أو شدة دورة التدفق.

وفي الوقت نفسه ، هناك طرق لتقليل تعرض الإنسان لأعمدة المرحاض. استراتيجية واضحة ل إغلاق الغطاء قبل التنظيف. ومع ذلك ، فإن هذا لا يقضي تمامًا على أعمدة الهباء الجوي ، والعديد من المراحيض في أماكن الرعاية العامة والتجارية والصحية لا تحتوي على أغطية. تهوية أو الأشعة فوق البنفسجية التطهير يمكن أن تخفف الأنظمة أيضًا من التعرض لأعمدة الرذاذ في الحمام.المحادثة

نبذة عن الكاتب

جون كريمالدي، أستاذ الهندسة المدنية والبيئية والمعمارية ، جامعة كولورادو بولدر

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

كتب ذات صلة:

الجسم يحافظ على النتيجة: العقل والجسم في شفاء الصدمة

بقلم بيسيل فان دير كولك

يستكشف هذا الكتاب الروابط بين الصدمة والصحة البدنية والعقلية ، ويقدم رؤى واستراتيجيات للشفاء والتعافي.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

التنفس: العلم الجديد لفن ضائع

بواسطة جيمس نيستور

يستكشف هذا الكتاب علم وممارسة التنفس ، ويقدم رؤى وتقنيات لتحسين الصحة البدنية والعقلية.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

مفارقة النبات: الأخطار الخفية في الأطعمة "الصحية" التي تسبب المرض وزيادة الوزن

بواسطة ستيفن ر

يستكشف هذا الكتاب الروابط بين النظام الغذائي والصحة والمرض ، ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والعافية بشكل عام.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

قانون المناعة: النموذج الجديد للصحة الحقيقية ومكافحة الشيخوخة الجذرية

بواسطة جويل جرين

يقدم هذا الكتاب منظورًا جديدًا للصحة والمناعة ، بالاعتماد على مبادئ علم التخلق ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والشيخوخة.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب

الدليل الكامل للصيام: اشفي جسدك بالصيام المتقطع ، والصيام المتناوب ، والممتد

بقلم الدكتور جيسون فونج وجيمي مور

يستكشف هذا الكتاب علم وممارسة الصيام ويقدم رؤى واستراتيجيات لتحسين الصحة والعافية بشكل عام.

انقر لمزيد من المعلومات أو للطلب