Grüne Laser zeigen an, dass der Toilettendeckel vor dem Spülen geschlossen sein sollte

Ein leistungsstarker grüner Laser hilft dabei, die Aerosolfahnen einer Toilette während der Spülung sichtbar zu machen.

Ingenieure der University of Colorado Boulder haben bestätigt, was die Keimphobiker unter uns schon lange vermutet haben: Die Spülung einer kommerziellen Toilette setzt eine vesuvähnliche Wolke aus winzigen Tröpfchen und Aerosolpartikeln frei, die mehr als 5 Fuß über den Sitz reicht.

Obwohl für das bloße Auge unsichtbar, erscheint die Wolke, wenn sie von grünen Lasern beleuchtet wird, wie ein Ausbruch mikroskopisch kleiner Konfetti, die auf die ekligste Party der Welt geworfen werden und aus winzigen Wassertropfen und allem, was sich sonst noch in der Schüssel befindet, bestehen.

Bei der diesen Monat in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlichten Forschungsarbeit handelte es sich ausschließlich um eine Untersuchung der Strömungsmechanik. Das Team spülte Toiletten, die nur sauberes Wasser enthielten, und untersuchte nicht die Infektiosität etwaiger Partikel, die sich in der Wolke befinden könnten.

Aber ihre Werkzeuge bestätigten, dass jede Spülung viel weiter über die Schüssel hinausreicht, als die meisten von uns glauben möchten.

„Wir waren alle erstaunt“, sagte John Crimaldi, der Hauptautor der Studie. „Ich sagte: ‚Oh mein Gott – das ist es, was passiert?‘“

Crimaldi ist Professor für Hydrologie und spezialisiert auf Strömungsmechanik – insbesondere darauf, wie Luft und Wasser andere mitströmende Materialien transportieren. Er hat untersucht, wie Meeresströmungen Spermien und Eier verteilen, um Korallen zu befruchten, und wie Geruchspartikel durch die Luft wandern, um Informationen an Tiere weiterzugeben.

Auf Drängen seines Boulder-Kollegen und Co-Autors Karl Linden, eines Umweltingenieurs, der die desinfizierenden Eigenschaften von ultraviolettem Licht untersucht, wandte er seine Aufmerksamkeit den Toiletten zu.

Während Linden über den idealen Testfall für ein UV-basiertes Flächendesinfektionsmittel nachdachte, musste er sich zunächst an einige schmutzige Orte begeben.

„Wo werden wir Viren und wo Krankheitserregern ausgesetzt?“ sagte Linden. „Und einer der Gedanken, die ich hatte, war: ‚Nun, was passiert in den Toiletten?‘“

Lebensstil

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Linden stellte sich speziell kommerzielle Toiletten vor: die Arbeitstiere ohne Tank und Deckel, die man in öffentlichen Toilettenkabinen findet. Die meisten öffentlichen Toiletten in Nordamerika sind mit einem sogenannten Flushometer-Ventil ausgestattet, das Wasser durch Druck und nicht durch Schwerkraft durch die Schüssel drückt.

Das Ergebnis ist ein kraftvoller Schwall, der eine feine Wasserdampfwolke hinterlässt – eine kleinere, weniger fröhliche Version des Nebels, der über jedem Baumstamm aufsteigt, während er zum letzten Mal den Splash Mountain im Disneyland hinunterstürzt.

Frühere Studien haben bestätigt, dass die Oberflächen rund um öffentliche Toiletten häufig Brutstätten für Fäkalienbakterien sind. UV-Licht könnte ein wirksames Desinfektionsmittel sein, dachte Linden – aber zunächst brauchte er ein besseres Verständnis dafür, wie sich mikroskopisch kleine Krankheitserreger im Raum bewegen.

Er wandte sich an Crimaldi, dessen Labor Laser verwendet, um flüssige Bewegungen zu visualisieren, die sonst für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar wären. Das Strömungsmechanik-Labor von Crimaldi nimmt sich jedes Jahr im Sommer eine Woche Zeit, um eine kleine wissenschaftliche Herausforderung anzugehen, ohne finanzielle Unterstützung oder Druck zur Veröffentlichung. Die Toilettenfrage passte perfekt.

„Wir sagten: ‚Vielleicht wird daraus nichts, oder vielleicht bekommen wir etwas wirklich Cooles‘“, sagte Crimaldi.

Anstatt ihre Ausrüstung in die nächstgelegene Toilette zu transportieren, installierte das Team im Labor eine funktionierende Toilette auf einem Metallrahmen, die auf ihre Laser ausgerichtet werden konnte. Dann kalibrierten sie den Wasserdruck der Rohrleitungen so, dass er dem einer typischen gewerblichen Toilette entsprach.

Sie wussten, dass ihr Laser einige Aerosole sichtbar machen würde. Sie waren nicht auf die kleine Explosion vorbereitet, die sie beim ersten Spülen erwartete.

„Es ist wie ein Vulkanausbruch“, sagte Crimaldi. „Einige von uns waren fassungslos und verstummten. Einige von uns lachten einfach nur ungläubig und dachten auch irgendwie: ‚Oh mein Gott, da sind wir wirklich auf der Spur.‘“

Anschließend richtete das Team einen gepulsten Laser und zwei wissenschaftliche Kameras auf die Gischt, um die Geschwindigkeit der einzelnen Wasserpartikel zu messen. Eine Toilettenspülung hat nicht die Geschwindigkeit eines Niesens, bei dem Tröpfchen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 100 Meilen pro Stunde herausspritzen können, oder sogar eines Hustens, dessen Tröpfchen eine Geschwindigkeit von bis zu 50 Meilen pro Stunde erreichen können.

Aerosole in der „überraschend energiereichen und chaotischen“ Wolke erreichten eine maximale Geschwindigkeit von 2 Metern pro Sekunde oder knapp 4,5 Meilen pro Stunde, berichteten die Autoren der Studie. Doch sobald sie in der Luft waren, dauerte es eine Weile, bis sie wieder zur Ruhe kamen. Fast acht Sekunden nach der Spülung schwebten die Partikel immer noch mehr als 1,5 Meter über dem Rand der Schüssel – bei den meisten Menschen weit über Nasenhöhe hinaus. Viele blieben mehr als eine Minute in der Luft.

„Nachdem ich diese Videos gesehen habe, neige ich sicherlich viel mehr dazu, auf einer öffentlichen Toilette eine Maske zu tragen, als ich es vorher vielleicht getan hätte“, sagte Crimaldi.

Kalifornien

„Die Kosten sind wahnsinnig.“ „Der Prozess ist verrückt“, sagt Assemblyman, der staatliche Mittel für das Einzeltoilettenprojekt in San Francisco gesichert hat.

Obwohl die Experimente mit Toiletten durchgeführt wurden, in denen außer sauberem Wasser kein Wasser vorhanden war, vermutet Crimaldi stark, dass das Hinzufügen von Toilettenpapier und menschlichen Ausscheidungen zu der Mischung nur noch mehr Chaos und Energie in die Spülung bringt.

„Ich habe das intuitive Gefühl, dass das Vorhandensein von Feststoffen das Problem verschlimmern könnte, weil es einfach zusätzliche Dinge gibt, auf die das Wasser einwirken kann und die mehr Möglichkeiten für diese energetische Vermischung von Flüssigkeiten schaffen“, sagte er.

Linden hofft, dieses Experiment als Ausgangspunkt für zukünftige Forschungen nutzen zu können, die die Distanz verfolgen, die Bakterien und andere Krankheitserreger in diesen Aerosolwolken zurücklegen, und wie lange sie infektiös bleiben. Abhängig von diesen Erkenntnissen „können wir darüber nachdenken, welche Interventionen wir nutzen können?“ er sagte. „Welche Neugestaltungen einer Toilette könnten wir in Betracht ziehen?“

Befürworter von Alternativen zu Spültoiletten sagten, die Studie stärke das Argument für die Suche nach besseren Methoden zur Entsorgung menschlicher Abfälle.

„Diese neue Studie liefert einige dramatische visuelle Beweise für einen weiteren Nachteil traditioneller westlicher Toiletten und unser starkes Verlangen, zu spülen und zu vergessen“, sagte Bryn Nelson, ein Mikrobiologe und Autor des Buches „Flush: The Remarkable Science of an Invisible Treasure“. „Viele Komposttoiletten nutzen eine Vakuumspülung und wenig bis gar kein Wasser, daher könnte dies ein weiterer Grund sein, die Vorzüge dieser umweltfreundlichen Modelle in Betracht zu ziehen.“