每次您冲马桶时，它都会向您周围的空气中释放出细小的水滴。
这些称为气溶胶羽流的水滴可以传播病原体来自人类排泄物，并使公共厕所里的人暴露于传染病。
对气溶胶羽流传播的科学理解——以及公众对其存在的认识——受到以下事实的阻碍：
我和我的同事 Aaron True、Karl Linden、Mark Hernandez、Lars Larson 和 Anna Pauls 能够使用高功率激光照亮这些羽流，使我们能够成像并生动地测量商业冲水马桶传播的气溶胶羽流的位置和运动。
Going up instead of down
马桶的设计旨在通过向下运动进入排水管。在冲洗循环中，水与马桶内的内容物发生强力接触，形成悬浮在空气中的细小颗粒喷雾。
我们发现，典型的商用马桶会产生强烈的向上冲力速度超过每秒 6.6 英尺（每秒 2 米）的空气射流，在冲洗开始后的八秒内迅速将这些颗粒带到马桶上方 5 英尺（1.5 米）处。
为了可视化这些羽流，我们在我们的实验室中设置了一个典型的无盖商用马桶，该马桶带有冲洗阀式阀门，在整个北美地区随处可见。冲洗阀使用压力而不是重力将水引导到马桶中。
我们使用特殊光学器件制造了薄薄的垂直激光片，照亮了马桶顶部到整个区域天花板。在用远程电触发器冲洗马桶后，气溶胶颗粒会散射足够多的激光以变得可见，从而使我们能够使用相机对颗粒羽流进行成像。
尽管我们预计看到这些颗粒，我们仍然对从马桶中喷出颗粒的射流强度感到惊讶。
一项相关研究使用理想马桶的计算模型来预测气溶胶的形成羽流，颗粒以接近每秒 3.3 英尺（每秒 1 米）的速度向上输送颗粒，这大约是我们在真实马桶中观察到的速度的一半。
为什么使用激光？
几十年来，科学家们已经知道抽水马桶可以将气溶胶颗粒释放到空气中。然而，实验研究在很大程度上依赖于在固定位置对空气进行采样的设备，以确定厕所产生的颗粒数量和大小。
虽然这些早期方法可以确认气溶胶的存在，它们提供的有关羽流物理特性的信息很少：它们的外观、扩散方式和移动速度。
这些信息对于制定减轻气溶胶形成的策略至关重要羽流并降低它们传播疾病的能力。
作为一名工程教授，其研究重点是流体物理学与生态或生物过程之间的相互作用，我的实验室专门研究使用激光来确定各种事物如何由复杂的流体流动输送。在许多情况下，这些东西在我们用激光照射它们之前是不可见的。
使用激光测量流体流动的一个优点是，与物理探头不同，光不会改变或扰乱你正试图衡量的东西。此外，使用激光使不可见的事物可见有助于人们作为视觉生物更好地理解他们所生活的流动环境中的复杂性。
气溶胶与疾病
含有病原体的气溶胶颗粒是重要的人类疾病载体。悬浮在空气中一段时间的较小颗粒可能会通过吸入使人们感染流感和 COVID-19 等呼吸道疾病。
快速沉积在表面的较大颗粒会传播肠道疾病像诺如病毒一样，通过接触手和嘴巴。
被粪便污染的马桶水可能会在数十次冲水后保持病原体浓度。但厕所气溶胶羽流是否存在传播风险仍然是一个悬而未决的问题。
虽然我们能够从视觉和定量上描述关于气溶胶羽流如何移动和分散，我们的工作并未直接解决厕所羽流如何传播疾病，这仍然是研究的一个持续方面。
限制厕所羽流传播
我们的实验方法为未来的工作奠定了基础，以测试一系列策略，以最大限度地减少因冲水马桶而感染疾病的风险.
这可能包括评估新马桶设计或冲洗阀产生的气溶胶羽流变化，这些变化会改变冲洗周期的持续时间或强度。
与此同时，有一些方法可以减少人类接触厕所羽流的机会。一个明显的策略是在冲水前盖上盖子。
但是，这并不能完全消除气溶胶羽流，而且公共、商业和医疗机构中的许多厕所都没有盖子。通风或紫外线消毒系统也可以减少浴室中气溶胶羽流的暴露。
John Crimaldi 是科罗拉多大学博尔德分校的土木、环境和建筑工程教授。这篇文章首次出现在 The Conversation 上。
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