Oprydning af undergrundsbaner:Sandias 20-årige mission for at stoppe miltbrand

Hvis du er som de fleste mennesker, du bruger ikke meget tid på at tænke på, hvad der ville ske, hvis miltbrand blev frigivet til dit lokale undergrundsbanesystem.

Heldigvis, Sandia National Laboratories ingeniør Mark Tucker har brugt meget af de sidste 20 år på at tænke på hændelser, der involverer kemiske eller biologiske krigsførelsesmidler, og de bedste måder at rense dem op. Tuckers nuværende projekt fokuserer på at rydde op i et metrosystem efter frigivelsen af ​​et biologisk krigsførelsesmiddel såsom miltbrand.

Udover at udvikle Sandias dekontamineringsskum, som blev brugt til at dekontaminere dele af føderale kontorbygninger og postrum under miltbrand-brevangreb i 2001, Tucker har ledet Sandias team under adskillige kemiske og biologiske oprydningsprojekter sponsoreret af Department of Homeland Security Science and Technology Directorate's Homeland Security Advanced Research Projects Agency.

Disse projekter fokuserede på specifikke afhjælpningssituationer, begyndende med at rydde op i en lufthavn efter en frigivelse af biologisk agens. Hold af forskere testede tilgængelige dekontamineringsmetoder og teknologier, lært, hvad nuværende teknologier ikke kan, undersøgt løsninger og derefter udviklet anbefalinger i tilfælde af et lufthavnsangreb.

Deres arbejde udviklede sig gennem en række DHS-projekter for at rydde op i en lufthavn efter en kemikaliefrigivelse, skridt til at tage i et bydækkende miltbrandangreb, og hvordan man gennemsøger et metrosystem efter et kemikalieudslip.

Et kritisk aspekt ved oprydning af kemiske og biologiske kampmidler er at finde ud af, hvad forureningen er, og hvor langt det har spredt sig. Sandia-ingeniøren Bob Knowlton har arbejdet på denne udfordring i et dusin år. Hans team har udviklet videnskabelige prøveudtagningsmetoder til at bestemme omfanget og arten af ​​forureningen. Prøveudtagning er også afgørende for at bekræfte, at dekontamineringen var effektiv, og at stedet er sikkert at komme ind på igen.

Tucker sagde, "Det, vi forsøger at gøre, er at gøre det sådan, at hvis nogen frigiver miltbrand i et metrosystem, vi kan få systemet i drift igen så hurtigt som muligt, mens vi stadig beskytter den offentlige sundhed og sikkerhed."

Metrosystemer er komplekse med mange bevægelige dele og miles af tunneler

Det DHS-sponsorerede Underground Transport Restoration-projekt afsluttes efter fire års forskning. Tucker, Knowlton og omkring et dusin andre Sandia-forskere og deres samarbejdspartnere ved andre nationale laboratorier og lokale, statslige og føderale agenturer har set på alt fra, hvordan man renser metrostationer og snavsede tunneler til, hvor et surrogat for miltbrand ville gå hen, når det frigives inde i New York Citys undergrundsbanesystem og den bedste måde at dekontaminere en metrovogn.

I juli 2015 i samarbejde med Miljøstyrelsen, forskere testede dekontamineringen af ​​en rigtig metrovogn. Til $3 millioner til $5 millioner hver, undergrundsvogne er ikke billige, så operatører skal rydde op i dem for at få systemet op at køre igen. En ekstra stærk dosis af et industrielt gasformigt pesticid, methylbromid, kan dræbe miltbrandsporer uden at beskadige metrovognen, sagde Tucker.

Imidlertid, processen er tidskrævende, og metrosystemer har mange biler. For eksempel, New York Citys metrosystem har mere end 6, 000 jernbanevogne. Knowlton sagde, "Når man tænker på antallet af jernbanevogne og den tid og indsats, det ville tage at dekonstruere et betydeligt antal, det er klart, at det er ret vigtigt at afgøre, om en bil er blevet forurenet."

Videnskabelig prøvetagning for at fremskynde screening af metroen

Den nuværende måde at teste for miltbrand er at tage podninger, send dem til et laboratorium og hold øje med væksten af ​​Bacillus anthracis-bakterier. For at fremskynde denne proces, Knowltons team har udarbejdet anbefalinger til det første sæt prøver på den første dag efter en formodet frigivelse for at hjælpe beslutningstagere. Disse anbefalinger omfatter foreslåede podepindeplaceringer for undergrundstunneler, jernbanevogne, stationer, selv kontrolrum.

For at reducere antallet af podninger, der skal analyseres af laboratorier, Knowltons team undersøgte også måder at forbedre dette aspekt af processen på. Forskerne udviklede metoder til at håndtere snavs fra metroen på vatpinde og forslag til at kombinere flere prøver i én kultur. Hvis ingen Bacillus anthracis-bakterier vokser, så er alle disse podepinde steder rene.

I maj 2016 forskere frigav uskadelige partikler på størrelse med miltbrandsporer i New York Citys undergrundsbanesystem i løbet af driftstiden. Testen krævede mere end 100 personer fra flere nationale laboratorier, EPA og andre statslige og føderale agenturer til at indsamle tusindvis af prøver for at spore spredningen af ​​partikler. Dataene blev brugt til at opdatere en model af New York Citys metrosystem, som kan bruges til at vurdere spredningen af ​​en potentiel udsætning.

Afprøvning af dekonmetoder i et stort, mock system

Sidste efterår, Sandias team var involveret i en storstilet test for at finde ud af de bedste måder at dekontaminere metrostationer og tunneler på. Undergrundstunneler har tendens til at være kølige og snavsede, hvilket gør dem svære at rengøre, sagde Tucker. Under den fire uger lange test i den falske undergrundsbane, holdet så på modifikationer af flere almindelige dekontaminanter for at forbedre deres effektivitet under metroforhold:blegemiddel, almindelige swimmingpoolkemikalier og Sandias dekonskum.

Ud over ingredienserne i det originale dekontamineringsskum - sæbeholdige overfladeaktive stoffer og milde oxidationsmidler som dem, der findes i tandpasta - inkluderer den nye version et kemikalie, der hjælper dekontamineringsskummet til at holde sig til væggene og endda lofterne i metrotunnelen længere, så dekontaminanterne kan dræbe mere af miltbrandet. Sandia kemiingeniør Patrick Burton udviklede denne version. Endnu køligere, Tucker sagde, er, at "når vandet fordamper, du står tilbage med et fint pudder, du bare kan børste af. Det er en måde at overvinde snavs og temperaturproblemer uden at skabe noget rod."

Sandias dekontamineringsskum blev oprindeligt udviklet med finansiering fra Department of Energy og National Nuclear Security Administration Chemical and Biological National Security Program. Det har fået licens til virksomheder, som har udviklet det til brug i en række forskellige applikationer, såsom afhjælpning af skimmelsvamp i erhvervs- og boligområder, desinfektion af hospitaler og skoler og pesticidfjernelse til landbrugsudstyr.

Den anden nye Sandia-teknologi, som holdet testede, var et spray-knockdown-system, der delvist er udviklet med Laboratory Directed Research and Development-midler og forfinet af Sandia-teknolog Charles Brusseau. Ved at bruge en meget fin tåge af ladede væskedråber, fortyndet dekoneringsskum eller endda almindeligt vand, de kan tiltrække og trække miltbrandsporer ud af luften. Dette kan forhindre folk i at trække vejret i miltbrand og kan endda hjælpe med at stoppe spredningen.

Knowltons team demonstrerede også flere nye teknologier for at gøre prøvetagning lettere og mere effektiv. Blandt disse teknologier var en smartphone-app til at gøre prøveregistrering mere pålidelig og ligetil for dem i feltet. Appen kan også kombinere laboratorieresultaterne og prøveplaceringerne til et geospatialt værktøj, der viser hotspots for forurening for at hjælpe beslutningstagere. Forskerne har endda indarbejdet disse værktøjer i augmented og virtual reality-systemer.

Resultater skal være tilgængelige for metrosystemer og nødplanlæggere

Nu hvor multiagenturgruppen har udviklet og testet dekontamineringsmetoder, de samler deres resultater i en instruktionsmanual, der indeholder vejledning til at hjælpe undergrundsbaner, hvis et biologisk middel nogensinde frigives i deres system. Manualen vil skitsere alle dekontamineringsmetoder, med hver enkelts styrker og begrænsninger.

Når rapporten er afsluttet og gennemgået af de relevante føderale agenturer, den vil være tilgængelig for kommunale metrosystemer og beredskabsplanlæggere. Tidligere afhjælpningsprojekter offentliggjorde et 300 sider langt dokument med deres resultater, men dette projekt vil også overføre sine resultater til et brugervenligt softwareværktøj. Denne software vil inkludere et rutediagram, der fremhæver beslutningspunkter. Det lokale, statslige og føderale respondenter kan vælge en beslutning såsom "dekontaminere undergrundsvogne" og se de oplysninger, de har brug for for at træffe et informeret valg.

Ud over DHS og EPA, Centers for Disease Control and Prevention og Lawrence Livermore, Argonne, Pacific Northwest og Brookhaven nationale laboratorier og MIT Lincoln Laboratory deltog i Underground Transport Restoration-projektet.