加湿器と室内空気質に関する身近な問題

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私たちは皆、大気汚染とそれが私たちの健康にどのような悪影響を及ぼす可能性があるかについて聞いたことがあるでしょう。工場、自動車、エネルギー生産によって引き起こされる大気質の悪化は、私たちの都市や町に影響を及ぼし、地域社会を霧に包み込むと危険です。

大気汚染における有害物質の 1 つは、空気中に存在する固体粒子と液滴の混合物である粒子状物質 (PM) です。粒子状物質は通常、PM10 (10 マイクロメートル未満の粒子) または PM2.5 (2.5 マイクロメートル未満の粒子) に分類されます。これらの粒子は非常に小さく、PM10 粒子は髪の毛の幅の少なくとも 10 分の 1 です。これらの粒子は小さいですが、大量に発生すると重大な影響を引き起こす可能性があります。 PM10 粒子は視認性を低下させ、目、鼻、口に炎症を引き起こします。 PM2.5 粒子は肺の奥深くまで侵入し、血流にまで侵入する可能性があるため、さらに危険です。これらのリスクのため、屋外空気中の粒子状物質と大気汚染との関係が大きな注目を集めています。しかし、多くの人は屋内でも粒子状物質にさらされる危険にさらされている可能性があります。最も恐ろしいのは、煙を発生させる暖炉やエアロゾルを生成するために水を使用するなど、容易に分散する粒子を生成する活動を通じて、彼ら自身がこのリスクを生み出している可能性があることです。

あまり注目されていないにもかかわらず、屋内での粒子状物質への曝露は一般的です。実際、人為的 PM2.5 による死亡者のほぼ 3 分の 1 は、屋内での粒子状物質の生成が原因です。ただし、室内の空気の質を監視することははるかに困難です。そのため、室内空気の質に関する設定された基準はなく、室内空気汚染への曝露経路の可能性について一般の人々はあまり認識されていません。

粒子状物質はさまざまな形で私たちの家の空気中に侵入する可能性がありますが、おそらく予想外の発生源は飲料水です。

物質の異なる状態にもかかわらず、空気と水は本質的につながっています。水中のミネラル、分子、粒子は、さまざまな方法で空気中を行き来します。科学者たちは、粒子が通過するこの比喩的な境界を空気と水の界面と呼び、公衆衛生の分野で最近注目を集めています。「水中の化学物質は単に摂取すると危険であるだけでなく、境界を越えて私たちが呼吸する空気の一部になる可能性があるという認識が高まっています」と、ウォーター・インターフェイス学際大学院教育プログラム（IGEP）教授のアンドレア・ディートリッヒ氏は述べた。土木環境工学科。シャワーを浴びたり、食器を洗ったり、その他の方法で水を家庭環境に持ち込むたびに、水中のミネラルや粒子が空気と水の界面を通過し、空気の質に影響を与える可能性があります。これが問題となるのは、水に含まれる一般的なミネラル（カルシウム、マグネシウム、カリウム、塩化物、炭酸塩）の多くは、摂取すると実際には健康に良いものですが、肺に吸い込まれると問題を引き起こす可能性があるためです。

シャワーを浴びたり、食器を洗ったりすることは、空気と水の界面で物質を交換する間接的な形式ですが、私たちの多くは、目的を持った水と空気の交換装置である超音波加湿器も使用しています。考えてみてください、加湿器の全体的な仕事は、加湿器に満たされた水を受け取り、水と空気の境界を越えて押し出すことです。超音波式加湿器は、室内の湿度を高める冷たいミストを放出することでこれを実現します。これは、皮膚や気道を刺激して頭痛を引き起こす可能性がある自然乾燥した空気のある地域でよく役立ちます。多くの加湿器ブランドは、超音波加湿器のタンクを満たすために単純に水道水を使用することを推奨しています。しかし、Water INTERface IGEP のバージニア工科大学の研究者らは、加湿器の充填水として通常の水道水を使用すると、人々にとって厄介な粒子状物質のリスクが生じる可能性があると警告しています。

最初の実験では、地元で購入した超音波加湿器を寮の部屋に置き、蒸留水またはバージニア州ブラックスバーグの地元の水道水で満たしました。超音波加湿器は 8 時間稼働しました。これは、現代の消費者にとって、就寝中に寝室で加湿器を稼働させるという、かなり標準的な使用シナリオを表しています。実験中、粒子の濃度、サイズ、ミネラル含有量を測定するためにいくつかの異なるセンサーが使用されました。

ブラックスバーグの水道水は飲料として高品質であると考えられているため、これらの結果は驚くべきものです。しかし、寮の部屋の超音波加湿器にブラックスバーグの水道水を使用すると、空気の質が悪化して、米国環境保護庁の屋外粒子状物質汚染に関する大気質基準を超えました。

ヤオ氏は、中規模の会議室に置かれた超音波加湿器を満たすためにさまざまな種類の水を使用する別の研究を主導しました。加湿器を満たすために 4 種類の異なる水を使用しました。非常に清潔で濾過され、脱イオン化された水源を対照として使用しました。他の 2 つのサンプルはミネラル含有量が高かった。 1 つのサンプルは総溶解固形分 (TDS) と硬度の値が高く、もう 1 つのサンプルは TDS のみが高かった。通常のブラックスバーグ水道水を最終サンプルとして使用しました。

研究者らは、TDS と硬度は一般的な水処理では変化しない水中のミネラル含有量の尺度であるため、さまざまなレベルの TDS と硬度を持つ水の種類を特にテストしたいと考えていました。 TDS は水中のすべての溶解ミネラルを測定し、硬度はカルシウムとマグネシウムを測定します。高 TDS および高硬度の水には多くの溶解ミネラルが含まれており、低 TDS または硬度の水よりも「純粋さ」が劣ると考えられます。高硬度の水は、良好な栄養を得るためにカルシウムとマグネシウムが必要であるにもかかわらず、配管設備にミネラルが蓄積する可能性があるため避けられます。配管には悪影響を及ぼしますが、水の硬度と TDS はどちらも自然に発生するものであり、必ずしも健康に悪いわけではありません。水が物理的環境と相互作用するにつれて、土壌や岩石からミネラルを取り込み、TDS 含有量が増加します。一般的な水処理技術では、多くの場合困難で高価なため、水からミネラルは除去されません。つまり、ほとんどの飲料水には、飲用に十分ではあるが安全なレベルの TDS が含まれています。ただし、加湿器の充填水として高 TDS 水を使用する場合、飲料水の安全な TDS レベルは安全な空気の質と同じではありません。

ヤオ氏の実験では、加湿器を作動させた後、室内の複数の場所で空気のサンプルが採取されました。結果は、加湿器を満たすために使用される水の種類が粒子の濃度とサイズ、つまりリスクと PM への曝露に関連する 2 つの最も重要な指標に大きな影響を与えることを示しています。当然のことながら、蒸留水では空気中の粒子濃度が最も低くなりました。 TDS が高い 2 つの水サンプルは粒子濃度が最も高く、蒸留水を使用した場合の空気中の粒子濃度よりも約 20 倍高かった。超音波加湿器の充填水に大量の鉱物粒子が含まれている場合、これらの粒子は同様の量で空気中に送信されます。加湿器から放出される高 TDS 水粒子の 90% 以上は 0.5 マイクロメートル未満でした。これは、それらが PM2.5 閾値を下回り、吸入のリスクが高いことを意味します。最後に、水の種類に関係なく、粒子濃度は加湿器に最も近い場所で最も高く、加湿器に近づくと粒子の吸入リスクが増加することを意味します。

これら 2 つの研究の結果だけでも、EPA が設定した周囲空気基準を常に超える状況では、水道水で加湿器を稼働させることは暴露時間と粒子濃度によっては危険である可能性があることを示しています。ヤオ氏らは、加湿によって生成された粒子状物質のどれだけが実際に人体のさまざまな領域に到達するかを推定することで、人体へのリスクをさらに詳細に推定したいと考えた。

吸入曝露を推定するために、Yao 氏はマルチパス粒子線量測定モデル (MPPD) を使用しました。 MPPD は、粒子の濃度とサイズのデータを使用して、鼻、喉、肺の上部、肺の深部など、呼吸器系のさまざまな領域にどれだけの粒子状物質が蓄積しているかを推定します。バージニア工科大学の研究者らは、実験で得た粒子の濃度とサイズのデータをモデルに提供し、モデルを 8 時間実行して一晩の睡眠をシミュレートしました。このモデルは、幼児から成人までのさまざまな年齢層を対象に実行されました。

一般に、ミネラル含有量が高い水を満たすと、より多くの量の粒子が空気中に放出され、より多くの粒子を吸入することになります。吸入すると、粒子の大部分が肺の深部に沈着し、小さな子供の肺の発達に悪影響を及ぼす可能性があり、あらゆる年齢の人間に呼吸器系の問題を引き起こす可能性があります。

モデルの出力では、8 時間にわたって、成人は若い年齢層よりも多くの放出粒子を吸入することも示されました。大人は子供よりも肺が大きく、呼吸時により多くの空気を取り込むため、これは予想外のことではありません。ただし、PM への真の曝露量を計算する鍵となるのは体重です。子供は大人に比べて体重がはるかに軽いため、実際には大人と比較して体重に対して2倍以上の量のPMが投与されています。

その結果は驚くべきものでした。超音波加湿器からミネラルが放出されると空気の質が著しく悪化し、PM を吸入する危険性が高くなります。しかし、なぜ？そしてそれは回避できるのでしょうか？

その理由は、超音波加湿器の仕組みに関係しています。内部には振動する装置があり、非常に細かい液滴を生成し、冷たいミストとして空気中に噴射されます。これらの微細な液滴には TDS が含まれており、人が吸入すると危険性がある PM の範囲に含まれます。リスクにもかかわらず、超音波技術は、かつてはどこにでも普及していた蒸気式加湿器を補完するものであり、加湿器業界における画期的な技術であると考えられていました。

スチーム加湿器は、その名前が示すように、水を蒸気として空気中に放出することで機能します。スチーム式加湿器は、発生する蒸気が高温で、幼児が蒸気で不注意に火傷をする危険があるため、人気がなくなりました。ただし、スチーム加湿器は、超音波加湿器のように小さなミネラル粒子を含まない水蒸気を大量に放出します。超音波加湿器は蒸気加湿器の熱の問題を解決したかもしれませんが、不要な粒子状物質を空気中に放出することで新たな問題を生み出しました。

この研究は加湿器を廃棄するよう求めているわけではなく、より安全な選択肢がいくつかあることを明らかにしています。 PM の懸念を直接回避するには、超音波の代わりにスチーム加湿器を使用できます。ただし、高温になるため、状況によってはこれが不可能な場合があります。超音波加湿器を使用する場合、充填水として蒸留水を使用すると、空気を安全な品質に保つことができます。どのようなオプションを選択する場合でも、健康リスクを伴うため、超音波加湿器を満たすために標準的な水道水を使用しないことをお勧めします。ヤオ氏が言うように、「加湿器は予期せぬ大気汚染の原因となる可能性がありますが、真剣に受け止めるべきです。」

Water INTERface グループは、さまざまな分野の科学者の知識、スキル、ツールを組み合わせることで、重要な公衆衛生問題に対する潜在的な解決策を特定し、提供することに貢献しました。これは、研究、特に学際的な研究が世界の改善に役立つ方法の顕著な例の 1 つにすぎません。「世界にはあらゆる種類の問題がありますが、幸いなことに私たちにはあらゆる種類の科学者がおり、知恵を絞れば健康と幸福の改善にとって重要な問題に取り組むことができます」とディートリッヒ氏は述べた。