《Scientific Reports》马桶水能冲多高？

科罗拉多大学博尔德分校的工程师们已经证实了我们中的细菌恐惧症患者长期以来的怀疑:商用厕所的冲水会释放出维苏威火山般的微小液滴和气溶胶颗粒云。工具证实，每次冲水都比我们大多数人愿意相信的要远得多。

　　

               

在左边，肉眼什么也看不见。在右边，一个强大的绿色激光帮助人们看到马桶冲水时喷出的气溶胶。

科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado Boulder)的工程师们证实了我们中有细菌恐惧症的人长期以来的怀疑:商用厕所冲水时会释放出维苏威火山喷发的微小液滴和气溶胶颗粒云，其高度超过马桶座上5英尺（超过1.5米）。

虽然肉眼看不见，但当被绿色激光照射时，这些羽状物看起来就像在世界上最恶心的派对上扔出的一束微小的五彩纸屑，它由微小的水滴和碗里的任何东西组成。

这项研究于12月发表在《科学报告》(Scientific Reports)杂志上，严格来说，它是流体力学领域的一次探索。研究小组只冲了含有清水的厕所，并没有调查任何可能存在于烟羽中的颗粒的传染性。

但他们的工具证实，每次冲水都比我们大多数人愿意相信的要远得多。

“我们都很惊讶，”该研究的主要作者John Crimaldi说。我说，“哦，天哪，这就是发生的事?”

Crimaldi是一名水文学教授，专门研究流体力学——具体来说，是空气和水如何运输其他随其流动的物质。他研究了洋流如何分配精子和卵子，使珊瑚受精，以及气味颗粒如何在空气中传播，向动物传递信息。

在他的同事、合著者Karl Linden的敦促下，他将注意力转向了厕所。Linden是一位环境工程师，研究紫外线的消毒特性。

在为基于紫外线的表面消毒剂的理想测试案例进行头脑风暴时，Linden的思绪首先不得不去一些肮脏的地方。

“我们在哪里接触到病毒，我们在哪里接触到病原体?”Linden说。我的一个想法是，“那么，厕所里发生了什么?”’”

Linden特别描绘了商业厕所:在公共厕所隔间里发现的无水箱、无盖子的耐用厕所。北美的大多数公共厕所都配备了冲水阀式的阀门，它依靠压力而不是重力来迫使水通过碗。

结果是一次高功率的冲水，在它的尾流中留下了一团微小的水蒸气云。

之前的研究已经证实，公共厕所周围的表面往往是粪便细菌的温床。Linden认为，紫外线可能是一种有效的消毒剂——但首先，他需要更好地了解微观病原体是如何在空间中移动的。

他求助于Crimaldi的实验室使用激光来可视化流体运动，否则人眼无法察觉。Crimaldi的流体力学实验室每年夏天都有一个传统，那就是用一周的时间来解决一个很小的科学挑战，没有资金，也没有任何发表的压力。厕所的问题再合适不过了。

Crimaldi说:“我们说，‘也许什么都不会有，也许我们会得到一些非常酷的东西。’”

该团队没有把他们的设备搬到最近的浴室，而是在实验室里的一个金属框架上安装了一个可用的厕所，这个金属框架可以与他们的激光对齐。然后，他们校准了管道的水压，使其与典型的商业厕所的水压相匹配。

他们知道他们的激光会使一些气溶胶可见。但他们没有准备好迎接他们的第一次小爆炸。

“这就像火山爆发，”Crimaldi说。我们中的一些人惊呆了，默不作声。我们中的一些人只是笑得难以置信，也有点像，‘哦，我的上帝，我们真的在这里被喷过。’”

然后，研究小组用脉冲激光和一对科学摄像机对着水雾测量其单个水粒子的速度。冲马桶的速度没有打喷嚏的快，打喷嚏的飞沫可以喷射到每小时100英里的速度，甚至没有咳嗽的速度，咳嗽的飞沫可以达到每小时50英里的速度。

该研究的作者报告说，在“令人惊讶的能量和混乱”的羽流中，气溶胶的最大速度达到了每秒2米，或每小时不到4.5英里。然而，一旦升空，它们需要一段时间才能降落。冲水后近8秒，颗粒仍然在沿上方5英尺（1.54米）以上徘徊——对大多数人来说，这远远超过了鼻子的高度。许多在空中停留了一分多钟。

Crimaldi说:“看了这些视频后，我当然比以前更倾向于在公共厕所戴口罩。”

尽管这些实验是在厕所里进行的，但除了干净的水，厕所里什么都没有，Crimaldi强烈怀疑，把厕纸和人类粪便混合在一起只会给冲水注入更多的混乱和能量。

他说:“我有一种直观的感觉，固体的存在可能会加剧问题，因为水会撞击更多的东西，为液体的高能混合创造更多的机会。”

Linden希望用这个实验作为未来研究的起点，追踪细菌和其他病原体在这些气溶胶云中的传播距离，以及它们保持传染性的时间。他说，根据这些发现，“我们可以开始思考，我们可以使用什么干预措施?”“我们可能会考虑对厕所进行哪些重新设计?”

抽水马桶替代品的支持者说，这项研究加强了寻求更好的人类粪便处理方法的论点。

微生物学家、《冲水:一种不可能的宝藏的非凡科学》一书的作者布林·尼尔森说:“这项新研究为传统西方厕所的另一个缺点以及我们冲水就忘记的强烈愿望提供了一些戏剧性的视觉证据。许多堆肥厕所使用真空冲洗，几乎没有水，所以这可能是考虑这些环保模式优点的另一个原因。”