Foto spanduk: Laser hijau yang kuat membantu memvisualisasikan semprotan aerosol dari toilet selama pembilasan. (Kredit: Patrick Campbell/CU Boulder)
Berkat penelitian baru dari CU Boulder, para ilmuwan melihat efek menyiram toilet dengan cara yang benar-benar baru — dan sekarang dunia juga bisa.
Menggunakan peralatan kamera dan laser hijau terang, tim insinyur di CU Boulder melakukan percobaan untuk menunjukkan bagaimana tetesan kecil air, yang tidak terlihat oleh mata telanjang, dengan cepat terlempar ke udara saat toilet umum terbuka disiram. Sekarang diterbitkan di laporan ilmiahIni adalah studi pertama yang secara langsung memvisualisasikan kolom aerosol yang dihasilkan dan mengukur kecepatan dan difusi partikel di dalamnya.
Partikel pelarian ini diketahui menularkan patogen dan dapat menimbulkan bahaya bagi pengunjung pemandian umum. Namun, visualisasi yang jelas dari potensi paparan penyakit ini juga menawarkan metode untuk menguranginya.
“Ketika itu sesuatu yang tidak bisa kamu lihat, mudah untuk berpura-pura itu tidak ada. Tapi begitu Anda menonton video ini, Anda tidak akan pernah berpikir untuk menyiram toilet dengan cara yang sama lagi.” John Krimaldi, penulis utama studi dan profesor teknik sipil, lingkungan, dan arsitektur. “Dengan membuat representasi visual yang menarik dari proses ini, penelitian kami dapat memainkan peran penting dalam komunikasi kesehatan masyarakat.”
Para peneliti telah mengetahui selama lebih dari 60 tahun bahwa dengan desain, ketika toilet disiram, padatan dan cairan dilepaskan, tetapi partikel kecil tak terlihat juga dilepaskan ke udara. Studi sebelumnya telah menggunakan alat ilmiah untuk mendeteksi keberadaan partikel di udara ini melalui flush toilet dan telah menunjukkan bahwa partikel yang lebih besar dapat berakhir di permukaan sekitarnya, tetapi sampai sekarang tidak ada yang mengerti seperti apa gumpalan ini atau bagaimana mereka sampai di sana. .
Memahami lintasan dan kecepatan partikel ini – yang dapat membawa patogen seperti Escherichia coli, Clostridium difficile, norovirus, dan adenovirus – penting untuk mengurangi risiko paparan melalui strategi desinfeksi dan ventilasi atau desain toilet dan pembilasan yang lebih baik. Meskipun virus penyebab COVID-19 (SARS-CoV-2) ada di kotoran manusia, saat ini belum ada bukti konklusif bahwa virus ini menyebar secara efisien melalui semprotan toilet.
“Orang-orang tahu tentang semprotan toilet, tapi mereka tidak bisa melihatnya,” kata Crimaldi. “Kami menunjukkan bahwa ini adalah kolom yang jauh lebih aktif dan meresap daripada siapa pun yang mengetahui konsepnya.”
Studi tersebut menemukan partikel udara ini bergerak cepat dengan kecepatan 6,6 kaki (2 meter) per detik, mencapai 4,9 kaki (1,5 meter) di atas toilet dalam 8 detik. Sementara tetesan yang lebih besar cenderung mengendap di permukaan dalam hitungan detik, partikel yang lebih kecil (aerosol berukuran kurang dari 5 mikron atau sepersejuta meter) dapat tetap berada di udara selama beberapa menit atau lebih.
Pengunjung kamar mandi tidak hanya harus mengurus sampahnya sendiri. Beberapa penelitian lain telah menunjukkan bahwa patogen dapat bertahan hidup puluhan kilatan dalam wadah, meningkatkan potensi risiko paparan.
“Tujuan toilet adalah untuk membuang kotoran dari mangkuk secara efektif, tetapi juga sebaliknya, menyemprotkan sebagian besar isinya ke atas,” kata Crimaldi. “Laboratorium kami telah mengembangkan metodologi yang memberikan dasar untuk meningkatkan dan mengurangi masalah ini.”
Atas: Postdoc Aaron True (kiri) dan John Crimaldi berpose dengan perangkat. Bawah: Laser hijau yang kuat membantu memvisualisasikan semprotan aerosol keluar dari toilet saat disiram. (Kredit: Patrick Campbell/CU Boulder)
Jangan buang waktu
Crimaldi memimpin Lab Dinamika Fluida Lingkungan di CU Boulder, yang berspesialisasi dalam penggunaan perangkat berbasis laser, pewarna, dan tangki besar cairan untuk mempelajari segala sesuatu mulai dari bagaimana bau mencapai hidung kita? tentang bagaimana bahan kimia bergerak di perairan yang bergolak. Gagasan menggunakan teknologi laboratorium untuk melacak apa yang terjadi di udara setelah menyiram toilet berasal dari kenyamanan, keingintahuan, dan keadaan.
Selama seminggu libur bulan Juni lalu, ia bergabung dengan sesama profesor program Teknik Lingkungan Carl Linden dan Mark Hernandez serta beberapa mahasiswa pascasarjana dari lab Crimaldi untuk mengatur dan melakukan percobaan. Aaron True, salah satu penulis studi dan mitra penelitian di lab Crimaldi, berperan penting dalam melakukan dan merekam pengukuran berbasis laser untuk penelitian tersebut.
Mereka menggunakan dua laser: satu yang bersinar terus menerus di atas toilet dan yang lainnya mengirimkan sinar cepat ke area yang sama. Laser stasioner mendeteksi di mana partikel udara berada di ruang angkasa, sementara laser berdenyut dapat mengukur kecepatan dan arahnya. Sedangkan dua kamera mengambil foto beresolusi tinggi.
Toilet itu sendiri memiliki jenis yang sama yang biasanya ditemukan di toilet umum di Amerika Utara: unit tanpa penutup yang dilengkapi dengan mekanisme silindris silindris – baik manual atau otomatis – tersembunyi di balik dinding dan dikenal sebagai katup siram. Toilet bersih cukup diisi dengan air ledeng.
Mereka tahu bahwa eksperimen mendadak ini bisa membuang-buang waktu, tetapi penelitian justru menghasilkan dorongan besar.
“Kami mengharapkan aerosol ini melayang, tetapi mereka keluar seperti roket,” kata Crimaldi.
Molekul air energik di udara sebagian besar bergerak ke atas dan ke belakang menuju dinding belakang, tetapi pergerakannya tidak dapat diprediksi. Poros itu juga mencapai langit-langit lab, dan tanpa tujuan lain, itu bergerak keluar dari dinding dan menyebar ke depan ke dalam ruangan.
Pengaturan eksperimental tidak berisi limbah padat atau kertas toilet di dalam mangkuk, dan tidak ada kios atau orang yang bergerak. Semua variabel dunia nyata ini dapat memperburuk masalah, kata Crimaldi.
Mereka juga mengukur partikel di udara dengan penghitung partikel optik, perangkat yang menarik sampel udara melalui tabung kecil dan menyinarinya dengan cahaya, memungkinkan partikel dihitung dan diukur. Partikel yang lebih kecil tidak hanya bertahan di udara lebih lama, tetapi mereka juga dapat keluar dari bulu hidung dan menembus lebih dalam ke paru-paru seseorang – menjadikannya lebih berbahaya bagi kesehatan manusia – jadi mengetahui jumlah dan ukuran partikel juga penting.
Meskipun hasil ini mungkin mengkhawatirkan, penelitian ini menyediakan cara yang konsisten bagi profesional sanitasi dan kesehatan untuk menguji desain sanitasi, desinfeksi, dan strategi ventilasi yang lebih baik untuk mengurangi risiko paparan patogen di toilet umum.
“Tidak satu pun dari peningkatan ini dapat dilakukan secara efektif tanpa mengetahui bagaimana kolom aerosol berevolusi dan bagaimana pergerakannya,” kata Crimaldi. “Mampu melihat pilar tak terlihat ini mengubah permainan.”
Kontributor tambahan untuk publikasi ini meliputi: Aaron True, Carl Linden, Mark Hernandez, Lars Larsson, dan Anna Pauls dari Departemen Teknik Sipil, Lingkungan, dan Arsitektur.