聽，細菌在唱歌

聽，細菌在唱歌 廢污有機回收的生態工程技術張文亮　老師【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】

在古老的世代， 有一種非常重要的工程，稱為「住屋觀察」（house inspection）。擔任這項工作，可能是百姓中，最機警、細心，與瞭解環境危機的人，他們經常行在瘟疫之區，穿梭在傳染病的所在，以近乎挑剔的眼光，觀察身患居住的房間，牆壁與牆角，有沒有穢物滋生的菌斑，或是潮濕導致的斑，如果有，就刮去該處牆灰，挖除石頭或泥土，填入新的建料，填上新的牆灰，數日後，再來觀看，有無穢物與潮濕的跡象，若有，就稱房子為「污穢之宅」，並有權力將房子拆除。若沒有，就稱房子為「乾淨之屋」可以住人。長期下來，他們成為幫助房子，甚至是社區，都市通風、採光、與保持乾燥的一群人。到了中世紀，許多的城市人口約在一萬二千人，超過這個數目，居民就分散出來。以減少傳染的發生。這群居家視察員，成為眾人健康與傳染病之間第一道防線，承受最多致命病毒的危機，卻是評估環境衛生的專家。～張文亮

疾病之屋的鑑定 利西比（Henry Letheby, 1816-1876）： • 十九世紀最著名的住家視察員之一 • 英國皇家化學會的會員 • 倫敦醫院藥劑部主任 • 1853年泰晤士河大惡臭時，雖然改善都市環境的污水下水道系統，因著工程費用龐大，議會無法通過預算，查勒威克與古伯爵士沒有氣餒，聘請利西比擔任「住屋視察」的工作。

疾病之屋的鑑定 利西比（Henry Letheby, 1816-1876）： • 英國西南部普里茅斯（Plymouth）港人。 • 從小喜歡化學，認為化學是幫助他推理、解決問題的學術裝備 • 1837年進入倫敦大學藥學系 • 1842年取得博士學位，而後到倫敦醫院任職。 Plymouth • Wiki: Mark.murphy

疾病之屋的鑑定 • 1846年，愛爾蘭發生馬鈴薯嚴重病害，英國市面上有些人在馬鈴薯粉裡加入乾燥的紙漿，在小麥粉裡加入鋁粉，在咖啡粉加入苣菊的粉……等，許多人吃了生病。利西比大力呼籲國家要訂定安全食品的管制標準 • 1848年，英國皇家聘任他為「食品安全管制局」的負責人。 • 利西比開始擔任倫敦空氣首席檢定人員，他要求工廠排氣中若含較高硫濃度，排氣前需通過石灰水，讓鹼性的石灰水，與酸性硫酸鹽，產生酸鹼中和，減少硫對空氣的污染，這也是人類最早空氣污染的防治措施之一。

疾病之屋的鑑定 • 有些病人宣稱住進曾得瘟疫者的房子，就很容易生病，以為是「鬼屋」的作祟。利西比前往仔細觀察房子結構，偵察房子內的氣體，發現瘟疫之屋的硫化氫、一氧化碳、氧化氮等氣體的濃度較高。臺灣大學　張文亮

疾病之屋的鑑定 • 污水惡臭主要來源：硫化氫(Hydrogen sulfide, H2S)，與氨(或稱阿摩尼亞Ammonia, NH3) • 二氧化碳、一氧化碳、氧化氮等氣體沒有味道，卻對人的呼吸有影響 • 利西比提出，沒有臭味的氣體在房屋內累積過多，是通風不良的所在，對人體健康有妨礙。

疾病之屋的鑑定 怎麼來的？ • 利西比發現這些氣體大都來自廁所、洗澡房、廚房的排水管，這些排水管下接屋外的污水管，污水管若不流通，污水管內影響人體健康的氣體，會經由排水管進入住屋。 • 一棟建築物所有住戶共用排水管，當一家住戶有人得到霍亂，患者排泄物阻塞於排水管內，病毒會藉由排水管傳播到其他住家 • 如果一個社區的污水管排放不去，傳染病會藉有管路中的液體與空氣由一棟建築傳到另一建築，以致整個社區都受傳染，甚至影響到整個都市。臺灣大學　張文亮

疾病之屋的鑑定 淤塞水流的污水管內為何會產生這些氣體？ • 利西比發現這種房子的牆壁上經常呈現黴菌、細菌、藻類聚生的斑痕，證明牆壁上的菌類可以經由空氣、經由呼吸傳到人體。 • 他在著名的醫學期刊Lancet上發表這些重大發現：疫情之屋的「不好空氣」是含有害人體的氣體與菌類 Photo by Andrea Booher

疾病之屋的鑑定 • 因此建築物內要設置通氣管，讓每一住家的排泄物釋放氣體，藉此通氣管由屋頂上排出 • 為此住家不要過密，建築物之間要有足夠空間，以利通氣管排氣在空氣中稀釋。 • 利西比認為主動參與這些疫情之屋的檢定，是公共衛生改善的作為，這種行動稱為「城市福音」(city gospel)，他們的口號是「我們如同宣教士的進入人群，告訴他們是活在何等黑暗的角落。」。臺灣大學　張文亮

疾病之屋的鑑定 • 1858年利比亞提出對倫敦污水下水道委員有關，「汙水、汙水道的氣體與污水道的通風報告」(Report to the Honourable commissioner of sewers of the city of London on sewage, and sewer gases and on the ventilation of sewers) • 他在開頭寫道： • 「維持社區居民健康的第一原則，不是提供更多的物質，滿足所需；而是移除不需要之物，以免妨礙健康的環境。即使提供社區的乾淨民生用水，放久了，也會發臭…。都市的發展佔地愈來愈大，人口愈來愈密，不祇不必要的物質累積愈來愈多，連要排出去的通道也斷了，有時連道路的建造，自來水管的舖設，都阻礙了排水。都市錯誤的發展，是使居民泡在汙水中，使多少原本是歡樂的所在，歸於沈靜；應該蒙受美好的地方，淪成悲劇的所在。」 • 「有人認為臭味祇是一時不舒服的味道，久了就聞不出來，用臭味作為傳染病將至的訊號，是誇大其辭了；水味道對人的影響，是過度的喧染提出，祇要雨水稀釋的汙水，就沒事了。這是讓傳染病像毀滅的大軍，攻入不設防的都市，要人口以對政府的信心，來忍受臭氣，是變相的忽視，與無知。」

疾病之屋的鑑定 • 污水道臭味的化學成份： • 硫化氫(Hydrogen sulfide)、氨(Ammonia)、甲烷(marsh gas，或稱沼氣)、氧化碳，與氮化物氣體。 • 利西比提出密度比空氣重硫化氫具有劇毒，對於位在低層樓的人，易生毒害，比空氣輕的氨毒性較低，但濃度較高時，易生過敏，對於位在高樓層較受影響。 Photo by Stuck in Customs

疾病之屋的鑑定 • 臭味源自： • 住家的廚房、洗滌廁所、垃圾，與菜市場、屠場、魚市場、洗車場與設置在都市內的工廠、畜牧場等排出的液體與固體廢氣物 • 這些廢棄物進入污水道與河川，細菌氧化分解廢棄物中的有機物質，耗掉水中的氧氣，在缺氧狀態下產生臭味的氣體。 • 利西比用顯微鏡觀察菌種，發現有許多的弧菌(vibrio)，與產生霍亂的病菌同種，他證明污水中的臭味是霍亂的徵兆。 Photo by mikko_l

疾病之屋的鑑定 • 他在臭味之外，另訂污水的指標— • 懸浮性顆粒濃度：代表懸浮在水中的有機質、細小毛髮與礦物 • 溶解性顆粒濃度：後者代表溶在水中的有機物質與鹽類懸浮性顆粒濃度＋溶解性顆粒濃度＝水中「總顆粒性濃度」(total solid concentration)。 • 他綜合許多發生霍亂地區的水質，歸納出懸浮性顆粒濃度20～56克/升，溶解性顆粒濃度在33～110克/升，污水中較高機率產生傳染病。弧菌(vibrio)

疾病之屋的鑑定 • 懸浮性顆粒濃度較低能造成霍亂弧菌的增生 • 懸浮性顆粒會沈降或水下的底泥，而污水管與河川能有效排除的是水，而非底泥，結果他發現霍亂弧菌大都在底泥 • 因此良好的污水管不祇能排水，也要排水中的懸浮性顆粒，避免底泥在管中淤積。 • 而河中臭味與病原菌的清除，必須移除河底有機淤泥。他發現霍亂弧菌經常在底泥與水之間，聚生形成紅色的斑狀菌團，這也解開過去千年，住屋視察人檢查牆角有無紅斑的主因。 Vibrio cholerae

疾病之屋的鑑定 • 由於當時尚未興建都市性的地下污水管系統，他認為 • 在水中加漂白粉可以殺菌防臭 • 在潮濕的地方放木炭，木炭中的鐵可以吸收硫成為硫化鐵，減少硫化氫 • 在家中放銀針，銀針一過水中或空氣中的硫，會使硫的濃度很低，也能產生硫化銀的黑斑。 • 1863年，利西比在英國皇家學會會誌發表「硝基苯與苯胺對生理的影響特性」(On the Physiological Properties of Nitrobenzene and Aniline)。 • 硝基苯與苯胺是化學染整工廠合成的染料，工廠若將污水或是氣體任意排放，這兩種化學物質會進入住宅。垃圾掩埋場在自燃時，場中若有石化材料掩埋，燃燒的氣體中就含硝基苯與苯胺，這種氣體進入通風不良的房子，濃度高時，可以在短時間內使人致命，濃度低時，也會透過呼吸與皮膚接觸使人中神經毒─頭痛、昏睡，逐漸影響大腦與心臟功能，使人容易中風、血栓、心臟病等。

垃圾去處的監測 • 苯胺： • 毒性強，有魚腐臭味； • 苯胺氣體進入牆壁孔隙，會氧化呈紅棕色斑痕。 • 硝基苯： • 黃棕色斑痕，在低溫時會轉呈綠色， • 因利西比的發現，後來的垃圾掩埋場、焚化場都需定期檢測硝基苯與胺苯，以防對人體造成毒害。 • 利西比提出這兩種氣體的毒害，並不是工業發展接近人口密集區的「必要之惡」，也不是不瞭解問題的嚴重性，而是工作人員「疏忽」所造成的，他提出工作疏忽導致影響他人健康也要負法律上的懲處，他也提出工業區的設立，工業區要與住宅區隔離。

垃圾去處的監測 倫敦的汙水在污水管內匯合後，要排到哪裡才較安全？ • 包文許建議在「泰晤士河的灘地」，因為那裡的微生物最多，污水可以快速獲得淨化分解。 • 但是英國有些鄉鎮沒有污水道，幾百年從來沒有傳染病發生，關鍵在哪裡？ • 1870年，他拜訪包利許牧師（Rev. W. R. Bowditch），包利許也是英國皇家科學會的會員，長期關心鄉村環境與臭味消除臺灣大學　張文亮

垃圾去處的監測 • 在包利許牧師的介紹，利西比才發現當地農夫有一種傳襲已久的方法： • 將污水送到村外的一個數十公分深的土坑，土坑中堆置一層層的黏土與一層的粗砂，數層堆置後在表面淋著污水，數日後在底層收集排水，不祇可以排除污水，排水可做肥液施肥作物。 • 利西比檢查排水竟沒有發現病原菌，原來土壤中的細菌在污水入滲過程中去除病菌。 • 他在1872年發表「探討主要污水農場與污水灌溉」（Investigation into the condition of the principles sewage forms and sewage works of the kingdom）。這開啟一個嶄新的領域「生態衛生學」（Ecological Sanitary，簡稱Ecosan），讓後人知道解決污水不是全靠工程，而是工程與生態的結合。

垃圾去處的監測 • 四年後，利西比在一次進入污水道中檢查氣體，他再也沒有回來，有人在Cornhill magazine當了一首小詩非常貼近他的一生：「生命不是我們賺得什麼，而是我們給予多少，那值得令人稱頌的，總在給，不在得。末了，眾人所擁育的祇是廉價的墓碑，但是有人墓碑邊的綠草地上，不斷有不認識的人，來放上束束美麗的雛菊。」臺灣大學　張文亮

由污水農場到有機農場 • 因利比西的努力，1898年英國成立「污水處置皇家委員會」（Royal Commission into Sewage Disposal），在倫敦南方的船塔尼海灣（Botany Bay），以海灣邊貧瘠的砂質土壤作為普世第一個灌溉污水的官方農場，這農場名叫「悉尼農場」（Sydney Farm）近代發展家庭用的堆肥球臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 沒想到由於政府設立時沒有在地居民的同意，一開始就圈地進行，使原本污水再利用的美意大打折扣。 • 污水中的淤泥阻塞農田表層土壤孔隙，阻礙農作物發芽生長，所種的作物易罹患病蟲害，影響產量；蔬菜、水果沾到污水，將使消費者吃到帶病蟲與菌的食物；下大雨的時候，污水溢流到其他田區，對週遭農田造成污染。近代發展家庭用的堆肥球（內部）臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 抗議的內容成為支持污水農場一方的改良研究。包括：將污水中的液體與固體分離， • 液體流經農田後稱為「環境安全液」（environmentally-safe fluid） • 固體的部份放在日曬場上若干時日，後稱為「固態肥料」（solid fertilizer）近代發展家庭用的堆肥球（人工滾動堆肥球，做健康活動使用）臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 1918年，45,000個民眾的示威，導致悉尼農場關廠。雖然遭遇挫折，污水農場的概念已經傳到許多國家，進行技術改良的人也多，包括不直接取用剛排出的汚水，而是用污水處理廠的排放水，將污水農場與污水處理廠結合。美國－中央盆地的畜牧場臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 1920年，污泥也成「堆肥」（compost）處理，不祇減少污泥的體積與含水量，發酵過成部分有機物轉換成二氧化碳，結果增加含氯的比例，成為商場中的有機氮肥。美國－中央盆地的畜牧場（畜牧堆肥）臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 1930年，發酵處理後，再經由離心脫水與粉碎，能儲存更多，更易加工與搬運，開始用在洋菇苗床，當時世界年產三千萬公斤的洋菇，用掉許多發酵有機。 • 在植物專家霍華德（Albert Howard, 1873-1947）的推動下，人畜排泄物、廚餘與作物殘渣混合成為『有機堆肥』（organic compost），混合比例因用途不同而有差異。臺灣大學　張文亮攝美國－中央盆地的畜牧場（畜牧堆肥種植牧草）

由污水農場到有機農場 • 霍華德稱「堆肥是藝術」（compost is art），並提出推肥是「農業永續的基礎」（roots of sustainable agriculture）。到1960年，有機堆肥與種出的農產品成為另一個新興的市場，霍華德被稱為「有機農業之父」。有機標章臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 • 1960年代發現處理不乾淨的有機堆肥將使消費者染上： • 引發腹瀉的沙門氏菌（Salmonella） • 痢疾的痢疾桿菌（shigella） • 肝炎的肝炎病毒（Hepatitis virus） • 腹瀉的克沙奇病毒（Coxsacbie virus）與梨形革便毛蟲（Giardia） • 嘔吐的隱孢子蟲（Cryptosporidium protozoa） • 腸胃不適的蠕蟲（Helminths worm） Giardia

由污水農場到有機農場 • 尤其蠕蟲的蟲卵，經常留在有機施肥的菜葉上，這使得早期亞洲使用有機施肥的百姓得到蠕蟲類（鉤蟲、蛔蟲）腸胃疾病的比率很高，使用有機堆肥是否會讓百姓重蹈早期的危機？ • 相對的有機堆肥的技術也提高了需要產生高溫與添加石灰達到充分消毒殺菌的果效。在堆肥之前以厭氧處理汙泥，也能顯著抑制蠕蟲與蠕蟲卵。 Hookworms attached to the intestinal mucosa.

由污水農場到有機農場 • 1970年代，有機堆肥的產生已經廣泛地引起注意，化學肥料長期施用也造成土壤酸化，地下水的氮汙染，與作物含氮量過高。這時農業兼顧生態的「農業生態」（Agroecology）美國－中央盆地的畜牧場（農舍）臺灣大學　張文亮攝

由污水農場到有機農場 1980年代甚至以生態系統的原則來經營農業與水資源的調配，這稱為「農業生態系統」（Agroecology-system），有機堆肥更顯重要，成為「都市對周遭地區低衝擊發產」（Low-impact urban development）的指標。但，隨後發現都市生活塑膠用品大量進入汙泥中，即使部分經過細菌分解或燃燒，仍有大量的聚氯化合物如polychlorinated dibenzodioxins（簡稱PCDDs）與polychlorinated dibnzofurans（簡稱PCDFs）等致癌成分在汙泥或有機堆肥中，這個發現促使普世許多都市實於垃圾中廚餘、塑膠袋、保麗龍板與塑膠瓶要分開處理。

由污水農場到有機農場 • 1990年美國也將早期「有機汙泥」（organic sludge）改稱為「生物泥土」（biosoil）用來改良貧瘠地區，與做都市花園、河濱灘地的肥料使用。當然，利西比沒有預期後來污水農場的發展，這也顯示一個良好的構想或概念，轉換成可被接受的工程或技術需要時間。臺灣大學　張文亮攝美國－中央盆地的畜牧場（種植出的蔬果）

台灣的案例 • 1.彰化福興的改善臺灣大學　張文亮攝

用石頭來淨化福興社區的汙水 臺灣大學　張文亮攝

淨化後的汙水，種植草莓 臺灣大學　張文亮攝

種植番薯葉和蔥 臺灣大學　張文亮攝

當地的土壤 臺灣大學　張文亮攝

台灣的案例 • 2.嘉義鹿草的改善臺灣大學　張文亮攝

工程的流程圖 臺灣大學　張文亮攝

當地的民生汙水 臺灣大學　張文亮攝

汙水的接送 臺灣大學　張文亮攝

利用管路輸送 臺灣大學　張文亮攝

排到石頭上 臺灣大學　張文亮攝

再進入農田 臺灣大學　張文亮攝

排出來的水成為濕地 臺灣大學　張文亮攝

以農田補給灌溉的水池 臺灣大學　張文亮攝

蛇也前來了 臺灣大學　張文亮攝

西瓜也種起來了 臺灣大學　張文亮攝

小姐吃得很愉快 臺灣大學　張文亮攝

西瓜的豐收 臺灣大學　張文亮攝

聽 ，細菌在 唱歌