FLORIDA ATLANTIC UNIVERSITY
Zusammenfassung Aerosolisierte Tröpfchen spielen eine zentrale Rolle bei der Übertragung verschiedener Infektionskrankheiten, darunter der Legionärskrankheit, des Gastroenteritis verursachenden Norovirus und neuerdings auch COVID-19. Es ist bekannt, dass Atemtröpfchen die wichtigste Quelle für die Übertragung von COVID-19 sind; Angesichts der Entdeckung einer kleinen Anzahl lebensfähiger Viren in Urin- und Stuhlproben könnten jedoch alternative Wege bestehen. Das Waschen von Biomaterial kann zur Aerosolisierung von Mikroorganismen führen; Daher besteht die Möglichkeit, dass in öffentlichen Toiletten erzeugte Bioaerosole ein Risiko für die Übertragung von COVID-19 darstellen, insbesondere da diese Bereiche relativ begrenzt sind, starkem Verkehr ausgesetzt sind und unter unzureichender Belüftung leiden können. Um das Ausmaß der Aerosolisierung zu quantifizieren, haben wir die Größe und Menge der Tröpfchen gemessen, die beim Spülen von Toiletten und Urinalen in einer öffentlichen Toilette entstehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die einzelnen in der Studie getesteten Designs eine große Anzahl von Tröpfchen im Größenbereich von 0,3 μm bis 3 μm erzeugen, die Höhen von mindestens 1,52 m erreichen können. Das Abdecken der Toilette verringerte die Aerosolkonzentration, beseitigte sie jedoch nicht vollständig, was darauf hindeutet, dass Aerosoltröpfchen durch kleine Lücken zwischen der Abdeckung und dem Sitz austraten. Zusätzlich zu einem stetigen Anstieg der Aerosolwerte unmittelbar nach dem Spülen kam es zu einem deutlichen Anstieg der Aerosolwerte in der Umgebung aufgrund der Tröpfchenansammlung aus mehreren während der Tests durchgeführten Entladungen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, eine angemessene Belüftung in die Gestaltung und den Betrieb öffentlicher Räume einzubeziehen, was dazu beitragen kann, die Ansammlung von Aerosolen in stark frequentierten Bereichen zu verhindern und das Risiko der Übertragung von durch die Luft übertragenen Krankheiten zu verringern. |
Beim Spülen einer Toilette können je nach Bauart, Wasserdruck oder Spülkapazität der Toilette große Mengen an Aerosolen mit Mikroben entstehen. Eine Vielzahl von Krankheitserregern findet sich meist in stehendem Wasser sowie in Urin, Kot und Erbrochenem. Wenn diese Krankheitserreger durch Aerosolisierung weit verbreitet werden, können sie Ebola, Noroviren, die zu heftigen Lebensmittelvergiftungen führen, sowie COVID-19, das durch SARS-CoV-2 verursacht wird, verursachen.
Atemtröpfchen sind die wichtigste Quelle der Übertragung von COVID-19; Angesichts der Entdeckung einer geringen Menge lebensfähiger Viren in Urin- und Stuhlproben könnten jedoch alternative Wege bestehen.
| Öffentliche Toiletten sind im Hinblick auf die Übertragung von COVID-19 besonders besorgniserregend, da sie relativ eng sind, einem starken Fußgängerverkehr ausgesetzt sind und möglicherweise nicht über eine ausreichende Belüftung verfügen. |
Ein Team von Wissenschaftlern des College of Engineering and Computer Science der Florida Atlantic University stellte die Flüssigkeitsphysik erneut auf die Probe, um Tröpfchen zu untersuchen, die beim Spülen einer Toilette und eines Urinals in einer öffentlichen Toilette unter normalen Belüftungsbedingungen entstehen. . Um die Tröpfchen zu messen, verwendeten sie einen Partikelzähler, der in verschiedenen Höhen der Toilette und des Urinals angebracht war, um die Größe und Anzahl der beim Spülen erzeugten Tröpfchen zu erfassen.
Die in der Fachzeitschrift Physics of Fluids veröffentlichten Ergebnisse der Studie zeigen, wie öffentliche Toiletten als Brutstätten für die Übertragung von durch die Luft übertragenen Krankheiten dienen können, insbesondere wenn sie nicht über eine ausreichende Belüftung verfügen oder die Toiletten keinen Deckel oder Deckel haben. Die meisten öffentlichen Toiletten in den Vereinigten Staaten sind oft nicht mit Toilettensitzbezügen ausgestattet und Urinale sind nicht abgedeckt.
Für die Studie erhielten die Forscher Daten aus drei verschiedenen Szenarien: Toilettenspülung; überdachte Toilette und Urinalspülung. Sie untersuchten die Daten, um den Anstieg der Aerosolkonzentration, das Verhalten von Tröpfchen unterschiedlicher Größe, die Höhe der Tröpfchen und die Auswirkungen des Abdeckens der Toilette zu bestimmen. Die Aerosolwerte in der Umgebung wurden vor und nach der Durchführung der Experimente gemessen.
„Nach etwa dreistündigen Tests mit mehr als 100 Entladungen stellten wir einen erheblichen Anstieg der in der Umgebung gemessenen Aerosolwerte fest, wobei die Gesamtzahl der bei jedem Entladungstest erzeugten Tröpfchen bis zu Zehntausende betrug“, sagte Siddhartha Verma. . , Ph.D., Co-Autor und Assistenzprofessor am Fachbereich Maschinenbau und Meerestechnik der FAU. „Sowohl die Toilette als auch das Urinal erzeugten große Mengen an Tröpfchen mit einer Größe von weniger als 3 Mikrometern, was ein erhebliches Übertragungsrisiko darstellt, wenn sie infektiöse Mikroorganismen enthalten. Aufgrund ihrer geringen Größe können diese Tröpfchen lange Zeit in der Schwebe bleiben .“
Tröpfchen wurden 20 Sekunden oder länger nach Beginn der Entladung in Höhen von bis zu 5 Fuß nachgewiesen. Die Forscher stellten weniger Tröpfchen in der Luft fest, wenn die Toilettenspülung bei geschlossenem Deckel durchgeführt wurde , wenn auch nicht viel, was darauf hindeutet, dass die aerosolisierten Tröpfchen durch kleine Lücken zwischen dem Deckel und dem Sitz entwichen.
„Die erhebliche Ansammlung von Aerosoltröpfchen, die durch die Entladung im Laufe der Zeit erzeugt wurden, lässt darauf schließen, dass das Belüftungssystem sie nicht effektiv aus dem geschlossenen Raum entfernt hat, obwohl im Badezimmer kein Mangel an Luftzirkulation erkennbar war“, sagte er. Masoud Jahandar Lashaki, Ph.D. , Co-Autor und Assistenzprofessor am Fachbereich Bau, Umwelt und Geomatik der FAU. „Langfristig könnten diese Aerosole durch Aufwinde, die durch die Lüftungsanlage oder durch die Bewegung von Personen im Badezimmer entstehen, aufsteigen.“
Es gab einen Anstieg der gemessenen Werte um 69,5 Prozent für Partikel mit einer Größe von 0,3 bis 0,5 Mikrometer, einen Anstieg um 209 Prozent für Partikel mit einer Größe von 0,5 bis 1 Mikrometer und einen Anstieg um 50 Prozent für Partikel mit einer Größe von 1 bis 3 Mikrometer. Neben kleineren Aerosolen stellen in schlecht belüfteten Bereichen auch vergleichsweise größere Aerosole eine Gefahr dar, obwohl sie einer stärkeren Schwerkraftabsenkung unterliegen. Sie verdunsten häufig schnell in die Umwelt und die daraus resultierende Verringerung ihrer Größe und Masse oder die schließliche Bildung von Tröpfchenkernen können dazu führen, dass Mikroben mehrere Stunden lang in der Schwebe bleiben.
„Die Studie legt nahe, dass die Einbeziehung einer angemessenen Belüftung in die Gestaltung und den Betrieb öffentlicher Räume dazu beitragen würde, die Aerosolbildung in stark frequentierten Bereichen wie öffentlichen Toiletten zu verhindern“, sagte Manhar Dhanak, Ph.D., Co-Autor und Vorsitzender. vom Department of Oceanic and Mechanical Engineering und Professor und Direktor von SeaTech. „Die gute Nachricht ist, dass es möglicherweise nicht immer notwendig ist, das gesamte System zu überarbeiten, da die meisten Gebäude nach bestimmten Vorschriften konzipiert sind. Es könnte einfach eine Frage der Umleitung des Luftstroms basierend auf der Anordnung der Badezimmer sein.“
Während der 300-Sekunden-Probenahme wurden die Toilette und das Urinal fünf Mal bei den 30-, 90-, 150-, 210- und 270-Sekunden-Markierungen manuell gespült, wobei der Spülgriff fünf aufeinanderfolgende Sekunden lang gedrückt wurde. Das Bad wurde 24 Stunden vor der Durchführung der Experimente gründlich gereinigt und geschlossen, wobei das Belüftungssystem normal funktionierte. Die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Badezimmer betrugen 21 Grad Celsius (69,8 Grad Fahrenheit) bzw. 52 Prozent.
„Aerosoltröpfchen spielen eine zentrale Rolle bei der Übertragung verschiedener Infektionskrankheiten, einschließlich COVID-19, und diese neueste Forschung unseres Wissenschaftlerteams liefert zusätzliche Beweise für das Risiko einer Infektionsübertragung in engen, schlecht belüfteten Räumen.“ sagte Stella Batalama. Ph.D., Dekan der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Informatik.
