العلم نور يقذفه الله في قلب من يشاء: المراحيض تنفث رذاذها غير المرئي في أجواء دورات المياه مع كل شطفة (سحبة سيفون) - صور بأشعة الليزر عالي الطاقة تثبت هذا الادعاء

بقلم جون كريمالدي، برفسور الهندسة المدنية والإيكلوجيا والمعمارية، جامعة كولورادو في مدينة،بولدر

8 ديسمبر 2022

المترجم:عدنان أحمد الحاجي

المقالة رقم 09 لسنة 2023

Toilets spew invisible aerosol plumes with every flush – here’s the proof, captured by high-powered lasers

John Crimaldi , Professor of Civil, Environmental and Architectural Engineering, University of Colorado Boulder

December 8, 2022

قد ترتفع سحابة رذاذ من المراحيض العامة بمقدار 5 أقدام فوق حوض المرحاض.
مصدر الصورة: جون كريمالدي / التقارير العلمية

في كل مرة نسحب فيها سيفون المرحاض، سحابة من رذاذات ماء دقيقة جدًا تُنفث في أجواء الحمام. هذه الرذاذات، يُطلق عليها سحابة هباء جوي (أيرسول aerosol، أو باختصار، سحابة رذاذ^{(1، 2)})، قد تنشر مسببات الأمراض الصادرة من فضلات مستخدمي دورة المياه، وبذلك تجعل المتواجدين في دورات المياه العامة، في الأسواق والأماكن التجارية والمستشفيات والعيادات الصحية وغيرها من الشركات ودوائر العمل، معرضين للعدوى بالأمراض المعدية.

المعرفة العلمية بانتشار سحابة الرذاذ - والوعي العام بوجودها - تحول دونها حقيقة أنها غير مرئية عادةً. تمكنتُ أنا وزملائي آرون ترو Aaron True وكارل ليندن Karl Linden ومارك هيرنانديز Mark Hernandez ولارس لارسون Lars Larson وآنا بولسAnna Pauls من استخدام أشعة الليزر عالية الطاقة للإضاءة على سحابة الرذاذ هذه، مما مكننا من تصوير وقياس مواضع وحركة انتشارها⁽³⁾ بتفاصيل واضحة ودقيقة مباشرةً بعد سحب سيفون مراحيض دورات المياه العامة.

مقطع الفيديو هذا يقارن التصوير بالليزر لسحابة الرذاذ بعد سحب السيفون مباشرة [الصورة على اليمين] والتصوير بدون ليزر [الصورة على اليسار] في المختبر: https://youtu.be/oC_f0UAGwMU

سحابة الرذاذ تتصاعد إلى الأعلى بدلًا من أن تنصرف مع ماء المجاري

صُممت المراحيض لتفريغ المرحاض من الفضلات بكفاءة، وذلك من خلال حركة نزولية باتجاه أنبوب تصريف الماء (ماء المجاري). عندما يسحب السيفون، يلتقي الماء بقوة بالفضلات داخل حوض المرحاض ويصدر من ذلك رذاذ دقيق متكون من جسيمات دقيقة تعلق في الهواء (عوالق).

وجدنا أن المراحيض في الأماكن العامة المذكورة اعلاه تصدر تيارًا قويًا من الهواء الصاعد بسرعة تتجاوز 6.6 قدم في الثانية (2 متر في الثانية)، يحمل معه جسيمات فضلات دقيقة بسرعة إلى ارتفاع يصل إلى 5 أقدام (1.5 متر) فوق حوض المرحاض في غضون ثماني ثوانٍ بعد سحب السيفون.

الصورة: يتدفق الماء بقوة في المرحاض بعد سحب السيفون. المصدر: SouthHamsian / ويكيميديا كومنز

لرؤية سحابة الرذاذ هذه، جهزنا مرحاضًا عامًا، بدون غطاء، ولكن مزود بسيفون (صمام لشطف المرحاض)⁽⁴⁾، معروف في جميع أنحاء أمريكا الشمالية، في مختبرنا. صمامات شطف المراحيض تستخدم الضغط بدلاً من الجاذبية الأرضية [المستخدمة في السيفونات العادية] لدفع الماء إلى أسفل باتجاه حوض المرحاض. استخدمنا بصريات خاصة لاصدار طبقة رقيقة عامودية من الليزر الذي يضيء منطقة أعلى المرحاض إلى سقف الحمام. بعد شطف المرحاض باستخدام مفتاح كهربائي عن بعد، الجسيمات العالقة في سحابة الرذاذ شتت ما يكفي من الليزر حتى أصبحت هي قابلة للرؤية، مما أتاح لنا استخدام الكاميرات لتصوير سحابة الرذاذ المحملة بالجسيمات الدقيقة.

الصورة: صمام سيفون يعمل بالضغط بدل الجاذبية

على الرغم من أننا توقعنا رؤية هذه الجسيمات، إلا أنا دُهشنا من قوة التيار الذي يقذف بالجسيمات من حوض المرحاض إلى الأعلى.

دراسة ⁽⁵⁾ ذات صلة بالموضوع استخدمت نموذجًا حوسبيًا لمرحاض مثالي (محاكاة مرحاض كومبيوتريًا) للتنبؤ بتكوِّن سحابة الرذاذ، تحمل معها جسيمات باتجاه الأعلى بسرعات تصل فوق حوض المرحاض إلى 3.3 قدم في الثانية (1 متر في الثانية)، وهذه السرعة تبلغ حوالي نصف ما لاحظناه عندما استخدمنا مرحاضًا حقيقيًا.

لماذا نستخدم الليزر؟

لقد عرف الباحثون منذ عقود⁽⁶⁾ أن تنظيف المراحيض يمكن أن تصدر عنها جسيمات دقيقة محمولة في الرذاذ إلى الهواء المحيط. بيد أن الدراسات التجريبية⁽⁷⁾ اعتمدت إلى حد كبير على الأجهزة التي تأخذ عينات من الهواء في مواقع / مواضع ثابتة لمعرفة عدد وحجم الجسيمات الدقيقة التي تصدر من المراحيض.

على الرغم من أن هذه الأساليب السابقة يمكن أن تؤكد وجود جسيمات في سحابة الرذاذ، فإنها لا توفر إلّا معلومات بسيطة عن الخصائص الفيزيائية لهذا السحابة: ما هي مكوناتها وكيف تنتقل وتنتشر وما مدى سرعة حركتها. هذه المعلومات ضرورية لتطوير استراتيجيات للحد من تكوِّن سحابة الرذاذ والحد من قدرتها على نقل / انتشار عدوى الأمراض.

يُظهر مقطع الفيديو هذا آرون ترو وهو يراقب على شاشة كمبيوتر بيانات الصور الحية لسحابة الرذاذ الصاعدة من المرحاض: https://youtu.be/ReSTeXwcfYw

بصفتي برفسور في الهندسة⁽⁸⁾ تركز أبحاثي على التفاعلات بين فيزياء الموائع والعمليات الايكلوجية أو البيولوجية، مختبري متخصص في استخدام الليزر لمعرفة كيف تحملُ الموائعُ المركبة المتدفقة [أي، المركبة من الهواء والعوالق الصلبة فيه complex fluid] الأشياءَ المختلفة⁽⁹⁾. في كثير من الحالات، هذه الأشياء غير مرئية ولذلك نحتاج إلى الليزر حتى نتمكن من رؤيتها.

تتمثل إحدى ميزات استخدام الليزر لقياس تدفقات الموائع في أن الليزر، وبعكس المجسات الفيزيائية الأخرى، لا يغير أو يفكك ذات الشيء الذي يحاول المرء قياسه. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام الليزر لجعل الأشياء غير المرئية قابلة للرؤية يساعد الناس، كمخلوقات بصرية⁽¹⁰⁾، على فهم أفضل لتركيبات الوسط المائع [الهواء والعوالق فيه] الذي يعيشون فيه.

الجسيمات المحمولة في الرذاذ والأمراض التي تنشرها

الجسيمات المحمولة في الرذاذ تحتوي على مسببات الأمراض التي تعتبر ناقلات مهمة للأمراض البشرية. الجسيمات الدقيقة التي تبقى معلقة في الهواء لفترة من الزمن قد تعرِّض الناس لأمراض الجهاز التنفسي مثل الإنفلونزا وكوفيد-19 وذلك بعد استنشاقها⁽¹¹⁾. الجسيمات الكبيرة التي تترسب بسرعة على الأسطح قد تنشر الأمراض المعوية مثل نوروفيروس⁽¹²^،¹³⁾ وذلك بعد لمسها باليدين وملامستها للفم بعد ذلك.

قد تحتوي مياه المراحيض الملوثة بالبراز على تركيزات مسببة للأمراض تبقى موجودة حتي بعد أن يشطف بماء السيفون عشرات المرات⁽¹⁴⁾. لكن لا يزال السؤال قائمًا⁽¹⁵⁾ عما إذا كانت سحابة رذاذ المرحاض تمثل خطرًا لانتقال عدوى الأمراض.

على الرغم من أننا قادرون بصريًا وكميًا على وصف كيف تنتقل سحابة الرذاذ الصادرة من المرحاض وانتشارها، فإن بحثنا لا يتناول بالدراسة بشكل مباشر كيف تنقل السحابة عدوى الأمراض وتنشرها، بيد أن هذا الجانب من البحث لا يزال قائمًا.

الحد من انتشار سحابة الرذاذ الصادرة من المرحاض

مقاربتنا التجريبية لهذه المشكلة تمثل أساسًا للعمل البحثي المستقبلي لاختبار مجموعة من الاستراتيجيات للحد من مخاطر التعرض لمسببات الأمراض الصادرة عن شطف المراحيض. يمكن أن يشمل ذلك تقييم التغيرات التي تطرأ على سحابة رذاذ الشطف الصادرة عن التصميمات الجديدة لأحواض المراحيض أو صمامات سيفونات المراحيض التي تغير طول مدة أو شدة الشطف.

وفي الوقت نفسه، هناك وسائل للحد من تعرض الناس لسحابة رزاذ المرحاض. تتمثل هذه الإستراتيجية البديهية في إغلاق الغطاء قبل الشطف⁽¹⁶⁾. ومع ذلك، فإن هذا لا يقضي تمامًا على سحابة الرذاذ، والعديد من المراحيض في الأماكن العامة والتجارية والمستشفيات والعيادات الصحية ليس فيها أغطية. لكن أجهزة التهوية أو التطهير بالأشعة فوق البنفسجية⁽¹⁷⁾ يمكن أن تحد من التعرض لسحابة الرذاذ في دورات المياه.