Laser catturano l’aerosol invisibile dagli sciacquoni del water

Comprendere e mitigare i getti di aerosol provenienti dai servizi igienici

Ogni volta che si tira lo sciacquone, piccole gocce d’acqua vengono rilasciate nell’aria circostante in forma di vapore. Queste goccioline, note come aerosol, possono potenzialmente esporre gli utilizzatori dei bagni pubblici a malattie infettive e diffondere agenti patogeni provenienti dalle deiezioni umane.

Come spiegato qui, poiché gli aerosol sono generalmente invisibili, la comprensione scientifica della loro propagazione e la conoscenza pubblica della loro esistenza sono rimaste limitate. Con l’uso di laser ad alta potenza, John Crimaldi, Aaron True, Karl Linden, Mark Hernandez, Lars Larson e Anna Pauls sono riusciti a fotografare e misurare in modo molto dettagliato la diffusione degli aerosol prodotti dallo sciacquone dei servizi igienici commerciali.

In alto anziché in basso

Durante la fase di scarico, l’acqua viene spinta nel contenuto della tazza, facendo volare in aria un sottile spruzzo di particelle.

Entro otto secondi dall’inizio dello sciacquone, i ricercatori hanno scoperto che un WC commerciale standard produce un potente getto d’aria verso l’alto che viaggia a una velocità superiore a 2 metri al secondo. Questo getto trasporta rapidamente le particelle fino a 1,5 metri di altezza sopra la tazza.

Nel loro laboratorio hanno installato un WC commerciale standard senza coperchio con una valvola di tipo flushometer, ampiamente disponibile in tutto il Nord America, al fine di osservare queste emissioni. Le valvole flushometer distribuiscono l’acqua nella tazza utilizzando la pressione anziché la gravità. I ricercatori hanno illuminato l’area che va dalla parte superiore della tazza al soffitto con un sottile foglio verticale di luce laser creato utilizzando un’ottica sofisticata. Le particelle di aerosol diffondono una quantità di luce laser tale da diventare visibili dopo aver tirato lo sciacquone con un pulsante elettrico a distanza, che ci permette di fotografare le particelle con una macchina fotografica.

I ricercatori sono stati sorpresi dalla forza con cui il getto ha espulso le particelle dalla tazza, nonostante si aspettassero la loro presenza.

Uno studio correlato ha previsto la creazione di nuvole di aerosol utilizzando un modello computazionale di un WC idealistico; il modello ha mostrato che le particelle avrebbero viaggiato verso l’alto sopra la tazza a una velocità di circa 3,3 piedi al secondo (1 metro al secondo), che è circa la metà di quello che hanno visto quando hanno usato un WC reale.

Perché i laser?

Da molti anni gli scienziati sanno che le particelle di aerosol possono essere rilasciate nell’aria quando si tira lo sciacquone del bagno. Tuttavia, per determinare la quantità e le dimensioni delle particelle prodotte dai servizi igienici, la ricerca sperimentale si è basata prevalentemente su dispositivi che raccoglievano campioni d’aria in siti fissi.

Sebbene questi approcci precedenti possano verificare l’esistenza degli aerosol, non ci dicono nulla sulla fisica delle particelle, ovvero quanto sono grandi, quanto velocemente si muovono o come appaiono. Lo sviluppo di tecniche di mitigazione per ridurre la creazione di aerosol e il loro potenziale di diffusione delle malattie dipende da queste informazioni.

L’uso del laser per determinare i molti modi in cui i complessi fluidi si muovono è un settore del laboratorio di John Crimaldi, professore di ingegneria la cui ricerca si concentra sui collegamenti tra la fisica dei fluidi e i processi ecologici o biologici. Questi elementi sono spesso invisibili finché non vengono illuminati con il laser.

Uno dei vantaggi di misurare i flussi di fluidi con la luce laser è che, a differenza di una sonda fisica, la luce non interferisce né modifica ciò che viene misurato. Inoltre, poiché gli esseri umani sono creature visive, l’uso del laser per rendere visibili oggetti invisibili aiuta a comprendere la complessità dell’ambiente dinamico in cui vivono.

Aerosol e malattie

Importanti vettori di malattie umane sono le particelle di aerosol che trasportano malattie. Le persone possono essere esposte a problemi respiratori a causa di particelle più piccole che rimangono nell’atmosfera per un certo tempo. Quando le particelle più grandi entrano in contatto con le mani o le labbra, possono facilmente depositarsi sulle superfici e diffondere infezioni intestinali come il norovirus.

Le concentrazioni di agenti patogeni nell’acqua della tazza del water contaminata dalle feci possono durare per decine di sciacquoni. Se i getti di aerosol del water rappresentino o meno un rischio di trasmissione è ancora oggetto di dibattito.

Limitare la diffusione degli aerosol dei bagni

La metodologia sperimentale qui impiegata pone le basi per future indagini finalizzate a testare varie soluzioni per ridurre il potenziale di esposizione alle malattie derivante dallo sciacquone del water. Ciò potrebbe comportare la valutazione di modifiche ai getti di aerosol emessi da tazze o valvole di scarico di nuova concezione che alterino la durata o la forza del ciclo di scarico.

Nel frattempo, esistono tecniche che riducono l’esposizione umana alle esalazioni del water. La tattica più ovvia è quella di chiudere il coperchio prima di tirare lo sciacquone. Tuttavia, questo non elimina completamente le esalazioni di aerosol e molti bagni pubblici, commerciali e ospedalieri sono sprovvisti di coperchi. Nel bagno, l’esposizione ai vapori di aerosol può essere potenzialmente ridotta grazie ai sistemi di disinfezione a raggi UV o alla ventilazione.