[논문 리뷰] Fluid fragmentation from hospital toilets

Giovanni Traverso, S. Laken외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 21.

Infection Control and Ventilation참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 병원 화장실 세면대의 유체 분열을 고속 영상 촬영을 통해 분석하여 고압 세척이 *Clostridium difficile*와 같은 병원성 포자와 함게 공기 중에 떠도는 물방울을 생성할 수 있음을 밝혀냈다. 주요 발견은 현대 병원 화장실, 특히 세제를 사용할 경우 소형 물방울의 배출이 극적으로 증가하여 공기 중 병원균 전파를 악화시키는 것이지 감소시키지 않는다는 것이다.

ABSTRACT

Hospital-acquired infections represent significant health and financial burdens to society. Clostridium difficile (C. difficile) is a particularly challenging bacteria with the potential to cause severe diarrhea and death. One mode of transmission for C. difficile, as well as other pathogens, which has received little attention is the potential air contamination by pathogen-bearing droplets emanating from toilets. In the fluid dynamics video submitted to the APS DFD Gallery of Fluid Motion 2013, we present flow visualizations via high-speed recordings showing the capture of the product of the fluid fragmentation generated by hospital toilet high-pressure flushes. Important quantities of both large and small droplets are observed. We illustrate how high-pressure flushes and cleaning products currently used in hospital toilets result in aggravating, rather than alleviating, the suspension and recirculation of tenacious airborne pathogen-bearing droplets.

연구 동기 및 목표

• 병원 화장실 세면대에서 발생하는 유체역학적 현상, 특히 병원균 전파 경로로 간과되었던 유체 분열을 연구하기 위해.
• 고압 세척과 세제가 병원균을 함유한 물방울의 형성과 공기 중 부유에 기여하는 방식을 평가하기 위해.
• 공기 중에 오래 머무를 수 있고 표면을 오염시키거나 흡입될 수 있는 소형 물방울의 배출을 정량화하기 위해.
• 세척 절차가 전파를 감소시킨다는 가정을 도전하기 위해, 실제로는 공기 중 전파를 악화시킬 수 있음을 보여주기 위해.

제안 방법

• 세면대 작동 동안 일시적인 유체 분열 현상을 촬영하기 위해 1000~2000 프레임/초의 고속 영상 촬영.
• 화장실 세면대 위쪽 지역의 측면 영상 촬영을 통해 물방울 배출 동역학을 시각화.
• 표준 고유량과 일반적인 세제를 사용하는 실제 병원 세면대 시스템을 활용.
• 큰 물방울(빠르게 침강)과 작은 물방울(공기 중 부유)을 구분하기 위해 물방울 크기 분포 분 析.
• 세제 유무에 따라 물방울 배출를 비교하여 분열에 미치는 영향 평가.
• 유체역학 원리를 적용하여 물방울 형성 및 확산 메커니즘을 모델링하고 해석.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 병원 화장실의 고압 세척이 어떻게 공기 중 물방울을 생성하게 되는가?
• RQ2 세제가 세척 중 소형 공기 중 물방울의 배출을 어떻게 증가시키는가?
• RQ3 세척 과정에서 생성된 물방울이 *C. difficile*와 같은 병원성 포자를 얼마나 잘 반영하는가?
• RQ4 현재 병원 세척 절차가 왜 화장실 세척으로 인한 공기 중 전파 위험을 완화하지 못하는가?
• RQ5 물방울 크기 분포가 병원균의 장거리 전파 가능성을 어떻게 영향을 미치는가?

주요 결과

• 고속 영상 촬영을 통해 병원 화장실 세척 과정에서의 유체 분열 현상을 관찰하였으며, 큰 물방울과 작은 물방울이 모두 배출되는 것을 확인하였다.
• 고압 세척은 공기 중에 오랫동안 머무를 수 있는 소형 물방울의 수를 크게 증가시킨다.
• 세제 사용은 포자를 사멸시키지 못하면서도 소형 물방울의 배출을 악화시켜 공기 오염 위험을 증가시킨다.
• 세척 과정에서 생성된 물방울은 *Clostridium difficile* 포자를 함유하고 있으며, 병원 내 감염 전파의 수단이 될 수 있다.
• 이 연구는 뚜껑이 없는 현대 병원 화장실이 세척 과정에서의 유체 분열을 통해 공기 중 병원균 전파를 유도함을 입증하였다.
• 표면 소독에 집중하는 현재의 대응 전략은 화장실 세척으로 인한 공기 오염의 핵심 역할을 간과하고 있다.