- 测量冲水马桶时产生的气溶胶的空间分布，考虑打开和关闭马桶盖引起的差异
- 估计如厕后冲水会散布多少病毒
- 基于科学的知识表明，使用抽水马桶时的卫生管理非常重要
打开和关闭盖子时液滴传播方式的差异（垂直轴和水平轴的单位为厘米）
米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）传感系统研究中心福田隆，首席研究员，安浦正人，首席研究员河井爱叶，研究助理：濑户明文，国立大学法人金泽大学前沿工程系粒子系统研究组与一位教授合作，从不同角度可视化了抽水马桶产生的水滴行为，例如作为湿度控制下的粒度分布和空间分布。我们还分析了含有病毒颗粒的飞沫的扩散情况，并成功评估了污染风险。
自冠状病毒大流行以来，人们再次认识到卫生管理对于降低病毒污染风险的重要性。然而，仍然有一些习俗是基于谣言和假设，而没有任何特定的科学依据。因此，我们着手从科学的角度来阐明冲水马桶日常使用和卫生管理中需要注意的要点。
具体粒子计数器（细粒子测量装置）控制环境湿度后清洁抽水马桶时发生气雾剂的空间分布（液滴中的细颗粒物，尺寸为03μm至10μm）按粒径分类，并首次阐明了打开和关闭马桶盖所引起的差异，包括环境湿度的影响。我们还评估了含有模拟病毒的飞沫污染的风险，以估计如厕后冲水传播了多少病毒。结果，我们获得了对使用抽水马桶时的卫生管理非常重要的科学知识。希望这些知识能够带动具有“卫生”新附加值的马桶的开发。
这项研究成果的详细信息将于2024年11月3日至7日在古晋婆罗洲会议中心（马来西亚古晋）举行的第13届亚洲气溶胶会议（AAC）2024上公布。
自冠状病毒大流行以来，人们再次认识到卫生管理对于降低病毒污染风险的重要性。然而，到目前为止，抽水马桶的卫生水平都是采用经验标准进行管理，没有任何特定的科学依据，对于降低病毒污染风险缺乏科学依据。基于科学证据的知识，例如洗涤过程中打开和关闭盖子对病毒污染风险的影响程度，对于卫生管理非常重要。
9608_97132023 年 10 月 31 日 AIST 新闻稿）。我们还一直通过开发快速、高灵敏度的病毒检测技术来促进与改善健康和食品卫生相关的研究。2022 年 5 月 19 日 AIST 新闻稿）。目前，我们正在加大与生活环境卫生管理相关的研发力度。
与世界其他国家相比，日本的抽水马桶维护良好，无需任何特殊预防措施即可安全使用。然而，我们认为提供科学数据具有很大的价值，可以作为客观验证这一点的机会，因此我们决定利用我们迄今为止培育的技术进行研究，以进一步推进抽水马桶的卫生管理。
在本研究中，实验室大约为 12 m3第一步是使用一种称为粒子计数器的设备来验证冲水过程中产生的气溶胶的数量和扩散如何受到房间湿度和马桶盖打开和关闭的影响。第二种方法是测量冲水或附着在马桶上的飞沫释放到空气中的病毒量。为了估计厕所使用者冲水时散布的病毒量，我们计算了含有模拟病毒的飞沫污染的风险。PCR方法进行定量评估
图 1 中的封闭展位是HEPA 过滤网采用密封结构，无需担心内部散落的病毒泄漏到外部。此外，本实验用于估计病毒扩散的模拟病毒样本包括被称为牛传染病（牛呼吸道疾病综合症）主要原因的活疫苗株，可以安全处理。牛副流感病毒 3 型的培养物上清液被使用了。因此，人类不存在感染该病毒的风险。此外，实验后使用安装在密封展位内的杀菌灯将病毒完全灭活，保证了实验对人体和环境的安全。
还有，图2的马桶是节水型的虹吸式，一次冲水的水量为6升。这个值大约是20多年前标准马桶的一半。近年来，节水马桶的发展越来越进步，除了大幅减少用水量外，各家公司还对水流系统进行了改进，因此虽然本研究结果的细节不一定对所有马桶都通用，但我们相信总体趋势适用于许多马桶。
| 图1 封闭式展位外观图（左：正面正面，右：内部侧视图） |
图2安装在展位内
实验厕所照片 |
图 3 显示了通过激光散射实验拍摄的液滴生成的可视化图像。通过 30 秒的摄影捕捉每个液滴的轨迹。图 3 左侧的照片包括所有液滴生成，其粒径范围从几微米到几百微米。大液滴以抛物线模式下落，但小粒径（约 10 µm 或更小）的气溶胶被视为漂浮并被气流移动。可以看到图3左侧中心稍偏左上方有一条ω形轨迹，这是悬浮气溶胶运动的一个例子。这种大小的气溶胶可以在厕所隔间内停留几分钟到几十分钟。您还可以看到，向上飞的水滴的最大范围为 40 厘米至 50 厘米。此外，通过前后改变焦点进行分析发现，在马桶座圈的正面产生了许多大粒径的液滴，而在马桶座圈中心的背面则产生了许多粒径为10μm以下的气溶胶（见图3右）。
图 3 聚焦在马桶座圈前（尖）侧的液滴和气溶胶的可视化图像（左），
聚焦于马桶座圈背面（水箱侧）并仅提取直径为 10 微米或更小的气溶胶的图像（右）
*两张图片都是从马桶座圈的正面拍摄的
接下来，为了测量冲水马桶的马桶产生的气溶胶颗粒的数量和空间分布，我们在图4所示的三个平面A至C中的每个点测量了直径为03、05、1、3、5和10微米的气溶胶颗粒的数量。结果，我们发现高气溶胶浓度区域延伸了约5厘米至15厘米向图 4 中的左侧（马桶向外方向）10 厘米，向上约 40 厘米。此外，当考虑A至C各平面的全部数据时，发现气溶胶分布在空间上并不均匀，而是沿前后方向发射。这意味着气溶胶自由扩散这被认为是被马桶内的水流产生的气流携带的结果。
我们还发现，随着环境湿度（相对湿度）从30%变化到50%再到70%，产生的气溶胶总量增加；例如，当比较30%和70%时，我们发现差异是46倍。图 4 下图比较了每种环境湿度下 A 平面内气溶胶的空间分布。日本全年存在不少高湿度条件（例如东京，日平均湿度超过70%的天数约为200天），是容易产生和传播气溶胶的环境。
图4 气溶胶空间分布测量结果示例
(图上半部分按粒径划分的空间分布数据为环境湿度50%时A面测量结果，纵横轴单位为cm)
此外，为了了解气溶胶的产生（空间分布）如何随盖子打开或关闭而变化，图5以粒径为1 µm的气溶胶的空间分布的测量结果比较为例。当然，当盖子关闭时，气溶胶不再产生并向上扩散，但另一方面，我们发现气溶胶向用户渗出约15厘米的距离（图5中的左侧）。这被认为是马桶内的空气被水流推出，通过马桶盖/马桶座与马桶之间的间隙强行向外释放的结果（为了便于看图，图5右侧色标的最大值设置为左侧的十分之一，粒径为1μm的气溶胶的绝对数量已减少至约四分之一）。
从上述结果中，我们发现减少气溶胶影响的一个简单措施是冲水时操作马桶距离马桶至少15厘米。
图5 由于盖子打开和关闭导致的气溶胶空间分布差异（纵轴和横轴单位为cm）
右侧色标的最大值为左侧色标的1/10，粒径为1μm的气溶胶的绝对数量减少至约1/4。
通过实验，我们了解了飞沫是如何产生的，但为了考虑冲水时会飞散多少病毒，以及应该采取什么样的卫生管理来确保安全使用，我们进行了一个实验，我们准备了模拟病毒样本，将其留在马桶中，盖上盖子，然后用水冲掉。据认为，用水清洗产生的水滴会粘附并残留在各个地方。因此，如图6左侧所示，我们用棉签擦拭马桶盖的各个部位，①马桶盖后面、②马桶座圈（顶面）、③马桶座圈（背面）、④马桶圈外侧（正面）、⑤马桶圈外侧（正面）、⑦马桶圈外侧（背面）、⑦墙壁，并用PCR方法进行定量，结果如图6右所示。换句话说，我们发现，释放到马桶内的病毒中，有一半多一点是从马桶盖背面和马桶座圈（顶部和背面）释放的，只有不到一半的病毒是从马桶外释放的。另一方面，从马桶座圈、马桶盖和马桶外部释放的病毒量还不到马桶内部传播的病毒量的1/100,000，可以说，可能参与感染的病毒量很少。不过，考虑到绝对量并非为零，使用前擦拭马桶座圈、冲水时距离马桶至少15厘米等措施，可有效进一步降低感染风险。
仔细观察（比较病毒粘附密度），如图6所示，大约1/3的病毒释放到马桶座圈（背面）上，2）大约1/6的病毒释放到马桶座圈（顶部）上，7）大约1/3的病毒释放到墙壁上（两侧总计）。因此，在清洁马桶时，建议定期擦拭马桶盖和马桶座（图6中的①至③），还要擦拭墙壁（图6中的⑦：本实验距离马桶边缘约25厘米）。
图6模拟病毒样本中病毒散射的检查（右侧饼图显示了①至⑦占总量的比例）
在这项研究中，我们明确了使用抽水马桶时产生的气溶胶的数量和空间分布，以及模拟病毒样本中所含病毒的扩散情况，以及日常使用和清洁等卫生管理的注意事项。关于气溶胶的产生，我们将继续研究已提出并投入实际使用的各种冲水方法之间的差异，相信能够为开发不仅在冲水效率和节水性能方面更优越，而且在卫生管理和预防感染方面更优越的厕所积累信息。
通过研究已提出并投入实际使用的各种冲水方法并积累有关它们之间差异的知识，我们将能够为开发不仅在清洁效率和节水性能方面而且在卫生管理和感染预防方面更出色的厕所积累信息。为了进一步发展日本领先世界的厕所，我们正在寻找合作伙伴公司与我们合作推进研究，我们希望继续开发具有“卫生”新附加值的厕所并将其社会化。