河川水質(zhì)自然凈化工程之緣起與發(fā)展

1、<p>　　河川水質(zhì)自然淨(jìng)化工程之緣起與發(fā)展</p><p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　第2章 土壤慢濾淨(jìng)化工程的起源――利西比</p><p>　　第3章 土壤快濾淨(jìng)化工程的起源――環(huán)境化學(xué)之父富蘭克南</p><p>　　第4章 礫間處理的起源――穆勒</p>&l

2、t;p>　　第5章 草溝草帶淨(jìng)化工法的起源――史華露</p><p>　　第6章 汙水塘淨(jìng)化工法的起源――環(huán)境微生物學(xué)之父維諾格拉斯基</p><p>　　第7章 現(xiàn)地處理的改革者――環(huán)境工程學(xué)之父尹霍夫</p><p>　　第8章 河川水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)的起源――弗洛斯特</p><p>　　第9章 河濱溼地淨(jìng)化工程的起源――迪馬第<

3、/p><p>　　第10章 地下流人工溼地淨(jìng)化工程的起源――賽德樂(lè)</p><p>　　第11章 溼地生態(tài)淨(jìng)化工程的起源――生態(tài)工程學(xué)之父奧登</p><p><b>　　第1章</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　「河川水質(zhì)淨(jìng)化」有其淵源長(zhǎng)久的

4、背景。河川的英文是stream，這字在古典的拉丁文是stroum，其意為「連續(xù)」，表示在希臘時(shí)期的自然哲學(xué)家認(rèn)為河川是連續(xù)的具體表現(xiàn)。例如，西元前6世紀(jì)的泰勒斯（Thales, 624-548 BC）就抱持這個(gè)看法，他提出大地與生物生命的綿延如同河川般的連續(xù)。而後，科學(xué)家與自然哲學(xué)家大都注意的是河川的水量，因此在人類(lèi)文明的發(fā)展上，幾乎是建立在尋找穩(wěn)定水量的供應(yīng)，也使河川水量幾乎決定了人類(lèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的上限。</p><p

5、>　　自然淨(jìng)化作用是藉著自然界的植物、細(xì)菌；或藉著食物鏈的機(jī)制，將環(huán)境中的汙染質(zhì)消化，分解成為最基本的形態(tài)，如水與二氧化碳、細(xì)菌、植物與參與分解的生物，在分解過(guò)程中獲得所需要的營(yíng)養(yǎng)份。</p><p>　　中世紀(jì)時(shí)期，就有人提出「讓水流七次，水就自然淨(jìng)化」的觀念，可見(jiàn)古人由日常生活經(jīng)驗(yàn)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)水的自淨(jìng)作用。只要讓水流動(dòng)，水質(zhì)就會(huì)有改善。另外，古人也發(fā)現(xiàn)只要將水貯存，就能淨(jìng)化水質(zhì)，這包括水的澄清。因?yàn)樗?/p>

6、的色度，主要來(lái)自樹(shù)葉植株溶解產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)，水中鐵的氧化形成氧化鐵的礦物，與水面上藻類(lèi)的滋生，將水貯存在桶子內(nèi)，有機(jī)質(zhì)會(huì)逐漸的分解，氧化鐵會(huì)沉澱，藻類(lèi)會(huì)被陽(yáng)光的紫外線抑制，濁度在自然狀態(tài)下會(huì)減低。但是水中有機(jī)質(zhì)若太多，水中呈現(xiàn)厭氧狀態(tài)，不僅無(wú)法改善水質(zhì)，還會(huì)產(chǎn)生惡臭，因此貯存水是否有產(chǎn)生淨(jìng)化的功能，必須視貯存水的特性與時(shí)間而定。</p><p>　　最早提出河川「水質(zhì)」的，是德國(guó)烏茲別克大學(xué)的教授克希爾（Athan

7、asius Kireher, 1602-1680），他提到河川水質(zhì)的不同，主要是受到水邊不同礦物的影響。而首先量化水質(zhì)的是義大利修道院裡的修士沙奇（Pietro Angels Secchi, 1818-1878），他將直徑20公分的盤(pán)子放入水中，以看不見(jiàn)盤(pán)子的深度代表水的透明度，至今在水質(zhì)測(cè)定上仍使用這工具，稱(chēng)為沙奇盤(pán)（Secchi disk），所測(cè)水的透明度稱(chēng)為沙奇透明度（Secchi transparency）。</p>

8、<p>　　近代對(duì)於自然淨(jìng)化的研究開(kāi)始於1842年的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，在法拉第（Michael Faraday）的建議下，開(kāi)始探討都市汙水的處置，使用的方法是建置下水道，將水貯存數(shù)日後再排入河川，這是河川水質(zhì)自然淨(jìng)化工程的開(kāi)始。</p><p><b>　　第2章</b></p><p>　　土壤慢濾淨(jìng)化工程的起源――利西比</p><p

9、>　　土壤，是大自然最平凡的東西，每天都被人們踩在腳下；</p><p>　　土壤，也是大自然最複雜的東西，直到如今仍然不斷帶給人們驚奇的發(fā)現(xiàn)――</p><p>　　例如，孩子們知道食物掉到地面上，被土壤弄髒，不要揀起來(lái)吃；</p><p>　　但是，許多人不知道，骯髒的水，流經(jīng)土壤之後，反而變乾淨(jìng)了……</p><p>　　最早發(fā)現(xiàn)

10、土壤具有淨(jìng)化汙水功能的人，</p><p>　　給這現(xiàn)象取了個(gè)至今仍非常響亮的名字――</p><p>　　「自然淨(jìng)化作用」（natural purification）。</p><p>　　許多人喜歡大自然、期待經(jīng)常接觸大自然；但是，什麼是大自然呢？大自然的英文字nature來(lái)自拉丁文的nasci，表示世界上每一件事物都具有的特質(zhì)，這些特質(zhì)不會(huì)因著時(shí)間或地點(diǎn)改變能

11、夠傳遞下去，所以研究事物特質(zhì)的學(xué)問(wèn)稱(chēng)為「自然科學(xué)」（natural science）。</p><p><b>　　自然科學(xué)的綜合性</b></p><p>　　許多自然科學(xué)研究的對(duì)象是比較單純的，例如一棵樹(shù)、一滴水、一塊石頭、一個(gè)細(xì)胞等；但是，有些自然科學(xué)研究的對(duì)象是綜合的，例如土壤即含有植物的根、土壤的水、石頭風(fēng)化後的砂粒和黏粒，以及許許多多的微生物。在自然科學(xué)裡

12、，研究單純的物質(zhì)己經(jīng)不容易了，要研究綜合性的對(duì)象就更困難了。</p><p>　　在自然科學(xué)的研究上，最早發(fā)現(xiàn)土壤能淨(jìng)化汙水的人是利西比（Henry Letheby, 1816-1876）。非常有趣的是，他本身不是研究土壤的人，而是鑑定食品與藥物是否變質(zhì)或摻雜，對(duì)於消費(fèi)者造成毒害的人，他也是醫(yī)學(xué)史上最早推動(dòng)食品與藥品安全管制的人之一。</p><p><b>　　公共衛(wèi)生的問(wèn)題&

13、lt;/b></p><p>　　利西比本來(lái)是英國(guó)倫敦醫(yī)院的化學(xué)分析專(zhuān)家。1846年，愛(ài)爾蘭的馬鈴薯罹患菌害，導(dǎo)致大飢荒，連帶使英格蘭經(jīng)濟(jì)蕭條。這時(shí)許多人吃到長(zhǎng)黴的麵包或喝到摻雜其他草根的咖啡而生病。1848年，利西比被英國(guó)皇家任命為「?jìng)惗厥惺称钒踩苤啤沟呢?fù)責(zé)人，他由醫(yī)院走出到社會(huì)，分析市場(chǎng)上販?zhǔn)凼澄锏陌踩?。他有一批幹練的助手協(xié)助，他將安全管制的範(fàn)圍愈拉愈大，由食品拉到藥物管制，更擴(kuò)大到居家環(huán)境。<

14、;/p><p>　　1849年，利西比發(fā)現(xiàn)許多人因?yàn)樽≡趽頂D的旅社而生病，當(dāng)時(shí)的看法是旅客水土不服，但利西比分析這些旅社的空氣，發(fā)現(xiàn)含有硫化氫、一氧化碳等對(duì)人體有害的氣體，因此主張旅社必須通風(fēng)，以減少有毒氣體對(duì)人們健康的影響，這對(duì)公共衛(wèi)生上很重要的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　汙水下水道的起源</b></p><p>　　分析旅社的空氣還不夠

15、，利西比進(jìn)而下到旅社底下的下水道，發(fā)現(xiàn)硫化氫的臭味是由下水道來(lái)的，而下水道的臭味是來(lái)自都市汙水――居民排泄、洗濯等汙水的匯總。利西比在1865年提出著名的研究「?jìng)惗厥泄残l(wèi)生的報(bào)告」（Report of the Sanitary Condition of the City of London），建議城市裡的水道要分二種，一種排雨水、一種排汙水，後者稱(chēng)為「汙水下水道」。之後英國(guó)政府下令，開(kāi)始在城市興建汙水下水道。</p>&

16、lt;p>　　但是汙水若不處理，建汙水下水道也不過(guò)是把都市裡的髒水排到郊外而已，問(wèn)題仍然沒(méi)有解決。汙水要如何處理才能淨(jìng)化呢？</p><p>　　一位牧師的對(duì)古老作法的觀察</p><p>　　這時(shí)，有一位牧師包立許（Rev. W.R. Bowditch）邀請(qǐng)利西比前來(lái)參訪他牧?xí)牡貐^(qū)。當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)夫有一種作法，是在農(nóng)田挖到數(shù)十公分深之後，在底部舖上黏土，再把挖出來(lái)的土壤回填上去，然後將

17、住家的汙水用管子排到那裡，並且種上植物，幾百年來(lái)那裡的土壤從來(lái)沒(méi)有臭味，而且植物生長(zhǎng)良好。</p><p>　　包立許本身也是英國(guó)皇家科學(xué)會(huì)的會(huì)員，為了改善社區(qū)空氣品質(zhì)，在1862年提出工廠所產(chǎn)生的含硫廢氣，在排放前通過(guò)石灰水，以減少?gòu)U氣中的硫化物含量。</p><p>　　包立許與利西比合作，研究這種作法的緣由。他們認(rèn)為土壤中的黏土能夠減緩汙水的流速，並讓土壤中的微生物分解汙水，這種地方

18、後來(lái)稱(chēng)為「汙水農(nóng)場(chǎng)」（sewage farm）；用土壤微生物來(lái)分解汙水的機(jī)制，他們?nèi)∶麨椤缸匀粶Q(jìng)化作用」。</p><p>　　原來(lái)，土壤表面有許多微生物，是將汙水中的有機(jī)物當(dāng)成食物，進(jìn)而淨(jìng)化汙水，這是大自然的奇妙，也是自然淨(jìng)化工程的主要機(jī)制。</p><p><b>　　第3章</b></p><p>　　土壤快濾淨(jìng)化工程的起源――環(huán)境化學(xué)之

19、父富蘭克南</p><p>　　在宇宙裡，氧是非常稀有的氣體，約只佔(zhàn)0.8%；但地球上卻有許多的氧，占海洋重量的85.8%、地殼的46.6%、空氣的23.2%。宇宙裡，沒(méi)有一顆星球像地球有這麼多氧。氧在地球上，勢(shì)必有些特殊的用途與目的，是被一般人所忽略的。</p><p>　　許多的學(xué)門(mén)都有一門(mén)或二門(mén)最基本的學(xué)科，如果明白這基本的學(xué)科，就比較容易了解那個(gè)學(xué)門(mén)。保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境是許多人關(guān)懷的

20、主題，也是人類(lèi)在21世紀(jì)所要持續(xù)面對(duì)的問(wèn)題；甚至在未來(lái)，可能人類(lèi)頭腦最好的一群人，可能會(huì)去對(duì)付人類(lèi)自己所製造的汙染問(wèn)題。在科學(xué)範(fàn)疇裡，了解生態(tài)環(huán)境最基本的學(xué)科就是「環(huán)境化學(xué)」，許多有關(guān)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的學(xué)問(wèn)，包括自然淨(jìng)化工程，都是由這門(mén)課延伸出去的。</p><p><b>　　水質(zhì)指標(biāo)的設(shè)定</b></p><p>　　最開(kāi)始提出環(huán)境化學(xué)的人，是著名的科學(xué)家富蘭克南（E

21、dward Frankland, 1825-1899）?；瘜W(xué)課本裡的「化學(xué)鍵」理論、有機(jī)物的「同分異構(gòu)物」，都是他先提出來(lái)的。不過(guò)他對(duì)生態(tài)環(huán)境最大的貢獻(xiàn)是提出：「汙染不只是現(xiàn)象的敘述，而是要經(jīng)由準(zhǔn)確的科學(xué)量測(cè)來(lái)呈現(xiàn)」。富蘭克南在1868年擔(dān)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的化學(xué)教授期間，最早提出應(yīng)該建立「環(huán)境指標(biāo)」來(lái)量化環(huán)境汙染。</p><p>　　富蘭克南注意的是流經(jīng)倫敦的泰晤士河水質(zhì)依然不佳，因此用河流流域的觀點(diǎn)來(lái)探討泰晤士

22、河的汙染問(wèn)題。他首先在皇家學(xué)會(huì)內(nèi)成立第一個(gè)「河川水質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室」，這是第一間環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，探討河川水質(zhì)的指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)方法。</p><p><b>　　溶氧與生化需氧量</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)二十五年的細(xì)心研究，富蘭克南才訂出水中氧氣的濃度（簡(jiǎn)稱(chēng)溶氧，dissolved oxygen）為河川水質(zhì)汙染的指標(biāo)，並訂出過(guò)錳酸鉀分析溶氧的實(shí)驗(yàn)。他在1893年提出河川

23、遭受汙染，水中的溶氧就會(huì)遞減，水中微生物的種類(lèi)與數(shù)量就會(huì)隨之改變。缺氧時(shí)，微生物代謝產(chǎn)生的氣體如硫化氫，造成汙染河川的臭味。為此富蘭克南首先提出增加河川曝氣的機(jī)會(huì)，就能改善河川的汙染。他又研究水中溶氧減少的原因，是微生物（尤其是細(xì)菌）代謝分解有機(jī)物時(shí)所耗掉，他稱(chēng)這些耗掉的氧氣為「生化需氧量」（biochemical oxygen demand, BOD）。並認(rèn)為增加河川的曝氧量，要超過(guò)生化需氧量，才能增加水中的溶氧量。為此，富蘭克南被稱(chēng)

24、為「環(huán)境化學(xué)之父」。</p><p>　　由於水流從泰晤士河上游，游到下游所花的時(shí)間為5天，他稱(chēng)這5天細(xì)菌分解有機(jī)質(zhì)所用的氧氣為「5天生化需氧量」（簡(jiǎn)寫(xiě)為BOD5）。迄今，BOD5是普世河川汙染的量化指標(biāo)。由BOD5的量測(cè)裡，富蘭克南發(fā)現(xiàn)，空氣溶入水中所增加的溶氧量，無(wú)法滿(mǎn)足細(xì)菌分解有機(jī)物所需的氧氣量，因此單靠大自然的自淨(jìng)作用無(wú)法解決河川汙染的問(wèn)題，人類(lèi)必須要負(fù)起管理的責(zé)任，而非全然依賴(lài)大自然。</p>

25、;<p>　　讓氧氣持續(xù)幫助汙水淨(jìng)化</p><p>　　富蘭克南根據(jù)溶氧與生化需氧量的理論，進(jìn)而提出河水淨(jìng)化的設(shè)施──「砂濾」（sand filter），他讓汙水流快速流過(guò)約60公分深的砂層，只要保持砂層的空氣流通，一方面讓砂層間的細(xì)菌分解汙水，一方面好氧狀態(tài)能夠讓原生動(dòng)物（protoza）生存，原生動(dòng)物攝食大量細(xì)菌，就能避免砂層裡細(xì)菌生長(zhǎng)過(guò)多而淤泥過(guò)多，產(chǎn)生阻塞。</p><

26、p>　　富蘭克南考慮的非常周到，他將砂層底下的土壤夯實(shí)，先舖上細(xì)石子，再舖上防漏的黏土層，以免流經(jīng)砂層的汙水汙染到地下水。長(zhǎng)期以來(lái)，砂濾成為有效淨(jìng)化汙水、造價(jià)與維護(hù)都低廉的工程方法。</p><p>　　環(huán)境化學(xué)成為保護(hù)生態(tài)環(huán)境最基礎(chǔ)的學(xué)問(wèn)，也讓人們知道地球有這麼多的氧氣，利用這些氧氣，可以產(chǎn)生許多自然淨(jìng)化的效益。</p><p><b>　　第4章</b>&l

27、t;/p><p>　　礫間處理的起源――穆勒</p><p>　　在19世紀(jì)中期，歐洲大陸最引人注意的，是德意志聯(lián)邦重組，形成強(qiáng)大的國(guó)家；但在乏人注意的角落，有一個(gè)男人走到河邊，將一個(gè)鐵絲網(wǎng)放到水中，鐵絲網(wǎng)上綁著一些髒東西。幾天之後，他將鐵絲網(wǎng)取出，發(fā)現(xiàn)原來(lái)綁著的髒東西都不見(jiàn)了，只剩一些黏黏的絲狀物長(zhǎng)在上面。他在顯微鏡下觀察這些絲狀物，看到一堆生長(zhǎng)旺盛的「微生物」。他發(fā)現(xiàn)一個(gè)非常重要的事，原來(lái)

28、許多微生物像是大自然的清道夫，默默地將髒東西分解掉。這個(gè)單純的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)啟了一個(gè)非常重要的處理方式――「礫間處理」。</p><p>　　1850年代，歐洲中部許多小城邦的領(lǐng)袖，發(fā)現(xiàn)夾在日漸強(qiáng)大的法國(guó)勢(shì)力與野心勃勃的奧地利之間，要圖謀生存的方法只有聯(lián)合起來(lái)，成為聯(lián)邦，這就是「德國(guó)」的源起；到了1860年，德國(guó)由於注重工業(yè)發(fā)展，很快成為商業(yè)興盛、社會(huì)富裕的國(guó)家。</p><p><b&g

29、t;　　惡臭河水的解決者</b></p><p>　　在這一切傲人的成就之後，有一個(gè)汙點(diǎn)，而且這個(gè)汙點(diǎn)迅速地蔓延增長(zhǎng)，就是隨著工業(yè)的發(fā)展，許多汙水排放到周邊的河川，造成河川汙染。當(dāng)時(shí)德國(guó)的科學(xué)家穆勒（Alexander Muller），擔(dān)任柏林市政府化學(xué)分析員，當(dāng)他看到流過(guò)柏林的史賓爾河（Spree River）原本是乾淨(jìng)美麗的河川，卻成為汙黑惡臭的水流，他決定採(cǎi)取行動(dòng)。</p><

30、;p>　　史賓爾河源自德國(guó)與捷克邊界，河流400公里長(zhǎng)、流域面積10,500平方公里，最後流入波爾的海（Baltis Sea）。穆勒發(fā)現(xiàn)這條河流遭受汙染不只會(huì)影響自己的國(guó)家，還影響鄰近波羅的海的其他國(guó)家，如比利時(shí)、波蘭、瑞典與挪威。他向政府、民間提出呼籲，希望大家注意這個(gè)問(wèn)題。</p><p><b>　　以微生物為友</b></p><p>　　沒(méi)想到德國(guó)政府

31、認(rèn)為史賓爾河汙染的問(wèn)題並不重要，不值一提；德國(guó)工業(yè)界也認(rèn)為他們已經(jīng)納稅給政府了，管理河川是政府的事，工業(yè)界不可能再出錢(qián)處理自己的汙水；民間也反應(yīng)冷淡，德國(guó)的強(qiáng)盛吸引了大部分國(guó)民的注意力，史賓爾河髒不髒並不重要，只要柏林有乾淨(jìng)的水喝就可以了。</p><p>　　但穆勒沒(méi)有被這些反應(yīng)所擊垮，他決定自己獨(dú)立對(duì)抗汙染。由於沒(méi)有任何財(cái)力、物力、法令與輿論的支持，他只能用最便宜的方式去解決。他以鐵絲網(wǎng)綁著腐物的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)用

32、這方式，水中的微生物可以幫助分解汙染物；既然汙水是微生物的食物，他的最大夥伴就是微生物了。</p><p><b>　　大自然的汙染淨(jìng)化者</b></p><p>　　穆勒在地上挖了個(gè)3公尺的土穴，將附近的煤渣、石頭在土穴中堆置排列，直到與地面等高，然後引來(lái)汙水流經(jīng)這些堆置的煤渣、石頭，讓微生物在煤渣與石頭的表面附著生長(zhǎng)，進(jìn)而幫助分解汙水中過(guò)多的有機(jī)質(zhì)與營(yíng)養(yǎng)源。這種處

33、理汙水的方式稱(chēng)為「生物淨(jìng)化程序」（microbiological purification process），雖然設(shè)備簡(jiǎn)易，卻能發(fā)揮水質(zhì)淨(jìng)化的果效。</p><p>　　這麼簡(jiǎn)單的做法就能淨(jìng)化汙水、改善河川生態(tài)環(huán)境，雖然沒(méi)有立刻獲得政府與工業(yè)界的肯定，但是引起一些科學(xué)家的注意。生長(zhǎng)在煤渣與石頭上薄薄的微生物膜，是大自然提供給人類(lèi)解決汙染的好方法，後來(lái)科學(xué)家將煤渣與石頭改成有更多表面積的材料，讓微生物生長(zhǎng)更多，以淨(jìng)

34、化濃度較高的汙水，這種設(shè)施稱(chēng)為「滴濾法」（trickling filter）；將原來(lái)的設(shè)備稍加改良用來(lái)處理大量較低濃度的汙染，就稱(chēng)為「礫間接觸」（contact bed）。前者成為汙水處理廠的設(shè)施，後者成為最著名的現(xiàn)地處理方式。</p><p><b>　　臺(tái)灣第一座</b></p><p>　　「礫間接觸」所用的土地面積很小，但微生物長(zhǎng)在石頭表面與礫間，能快速且廉價(jià)

35、的淨(jìng)化河川的汙水。2003年，臺(tái)灣建造了第一座離槽式礫間接觸，處理北投地區(qū)貴仔坑溪的汙染，位置就在臺(tái)北關(guān)渡自然公園裡面――微生物在那裡以最廉價(jià)的方式，幫助人類(lèi)淨(jìng)化汙水。</p><p>　　想看礫間處理長(zhǎng)什麼樣子嗎？可以到關(guān)渡自然公園去瞧瞧哦！</p><p><b>　　第5章</b></p><p>　　草溝草帶淨(jìng)化工法的起源――史華露&l

36、t;/p><p>　　近代生態(tài)環(huán)境保護(hù)運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)而有力的一支隊(duì)伍，來(lái)自著名的大學(xué)「麻省理工學(xué)院」；帶隊(duì)的領(lǐng)袖是一位女姓，她是麻省理工學(xué)院第一位女老師、美國(guó)國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)第一個(gè)訂定者，也是第一位在大學(xué)開(kāi)授「環(huán)境化學(xué)」的教授。有一天，她將學(xué)校的汙水，用一條排水溝，排到學(xué)校的高爾夫球場(chǎng)上，引來(lái)了一些抗議，經(jīng)她解釋才知道，這不只可以節(jié)省灌水的用量，球場(chǎng)上的綠草也可以用來(lái)淨(jìng)化汙水，這淨(jìng)化水質(zhì)的方式，後來(lái)稱(chēng)為「草溝、草帶水質(zhì)自然淨(jìng)化

37、法」。</p><p><b>　　汙水源頭管制</b></p><p>　　史華露（Ellen Swallow, 1842-1911）是近代普世生態(tài)保護(hù)的傳奇人士，她以女性特有氣質(zhì)首先提出：「都市汙水不解決，都市環(huán)境不會(huì)好；解決都市汙水的問(wèn)題不能只靠工程，更需要對(duì)每一個(gè)家庭進(jìn)行環(huán)境教育?！故啡A露與一些師生組成「市政服務(wù)」（Civil Service）隊(duì)，在學(xué)校的所在

38、地波士頓城，花了許多時(shí)間教育城裡的婦女，不要將剩菜剩飯直接由洗碗槽的水管排出，以免阻塞水管、增加汙水處理設(shè)施的負(fù)荷。這後來(lái)影響普世將剩菜剩飯當(dāng)成垃圾處理的概念，而不再直接將其排入洗碗槽的排水管。</p><p><b>　　傑出的環(huán)境教育者</b></p><p>　　此外，史華露也推動(dòng)煮菜時(shí)少用油，因?yàn)橛透≡谒嫔?，不易被微生物接觸分解，油浮水面將減少氧氣溶入水中的

39、機(jī)會(huì)，是造成河川水質(zhì)劣化的主要原因之一，這個(gè)建議也改變歐美許多家庭的烹煮方法――少用油。史華露的看法是正確的，保護(hù)河川的水質(zhì)是從汙水的源頭開(kāi)始管制，而非到了汙水排放的末端再作處理。</p><p>　　史華露是與群眾溝通的高手，更是個(gè)傑出的教育家，她最著名的一句口號(hào)，是在1883年提出：「讓人類(lèi)使用過(guò)的東西，安全返回大自然?！顾苿?dòng)工廠將低汙染或處理過(guò)的汙水回收再利用，因?yàn)闇p少?zèng)@水排放比處理汙水更重要；她也建議社

40、會(huì)大眾不要將「汙水」當(dāng)成「廢水」，許多汙水是可以再利用的，不是完全沒(méi)有用的廢水，汙水可用作城市公園、草坪、高爾夫球場(chǎng)等的灌溉水。</p><p>　　結(jié)合環(huán)境化學(xué)與生態(tài)學(xué)</p><p>　　當(dāng)時(shí)有些人擔(dān)心汙水排放到河川後，會(huì)增加傳染病的流行，因此於水中加氯殺菌。史華露反對(duì)這種作法，她認(rèn)為氯也會(huì)殺死水中的細(xì)菌，減少自然淨(jìng)化的機(jī)制，因此史華露提出處理過(guò)的汙水可以排到長(zhǎng)滿(mǎn)草的地上，讓草與其周邊

41、土壤的微生物擔(dān)任淨(jìng)化水質(zhì)的功能。</p><p>　　史華露認(rèn)為自然生態(tài)環(huán)境的維護(hù)，不只需要「環(huán)境化學(xué)」的知識(shí)，更需要結(jié)合「生態(tài)學(xué)」。她1879年於麻省理工學(xué)院任教時(shí)，不只首開(kāi)「環(huán)境化學(xué)」（當(dāng)時(shí)稱(chēng)為衛(wèi)生化學(xué)，sanitary chemistry），也首開(kāi)「生態(tài)學(xué)」，後來(lái)為普世大學(xué)所效仿。這也使麻省理工學(xué)院後來(lái)成為環(huán)境保護(hù)人才培育的重鎮(zhèn)。</p><p>　　崇拜金錢(qián)將會(huì)對(duì)大自然愈來(lái)愈沒(méi)有感

42、覺(jué)</p><p>　　不過(guò)，史華露對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，也引來(lái)不少的反對(duì)，例如她用汙水灌溉高爾夫球場(chǎng)，便讓一些常打高爾夫球的有錢(qián)人不太高興。當(dāng)時(shí)就有人提出：「環(huán)境保護(hù)是不是與經(jīng)濟(jì)發(fā)展互相衝突？」史華露在1910年回應(yīng)道：「經(jīng)濟(jì)發(fā)展是商業(yè)的活動(dòng)，而非金錢(qián)崇拜的追逐。如果是前者，一定會(huì)細(xì)心照顧周遭的環(huán)境；如果是後者，就會(huì)漠視周遭的環(huán)境。我對(duì)所有金錢(qián)崇拜的活動(dòng)都持反對(duì)的立場(chǎng)?！?lt;/p><p>　

43、　史華露用草帶來(lái)截流與淨(jìng)化汙水，成為後來(lái)處理非點(diǎn)源汙染很重要的方式。她一生從來(lái)不認(rèn)為環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相衝突，環(huán)境保護(hù)只是與金錢(qián)崇拜相衝突。</p><p><b>　　第6章</b></p><p>　　汙水塘淨(jìng)化工法的起源――環(huán)境微生物學(xué)之父維諾格拉斯基</p><p>　　過(guò)去，許多人認(rèn)為水、空氣與土壤中</p><p

44、>　　似乎是數(shù)不盡、人類(lèi)肉眼看不見(jiàn)，</p><p>　　只有在高倍顯微鏡下才得看見(jiàn)的細(xì)菌，</p><p>　　與人沒(méi)有什麼關(guān)係，或者對(duì)人有害的；</p><p>　　但是，這裡有一個(gè)人，以65年的時(shí)間</p><p><b>　　投入細(xì)菌學(xué)的研究，</b></p><p>　　發(fā)現(xiàn)細(xì)菌不

45、只能分解機(jī)質(zhì)、纖維素，也能進(jìn)行自營(yíng)作用――</p><p>　　他發(fā)現(xiàn)硝化菌（Nitrobacter）、亞硝化菌（Nitrosomonas）等，</p><p>　　讓人們知道，原來(lái)許許多多種的細(xì)菌，</p><p>　　是默默地為人類(lèi)效力。</p><p><b>　　因著這個(gè)發(fā)現(xiàn)，</b></p>&l

46、t;p>　　開(kāi)啟了「環(huán)境微生物學(xué)」，成為了解環(huán)境汙染第二個(gè)關(guān)鍵學(xué)科，</p><p>　　而且將汙水處理的技術(shù)，又向前推了一大步。 </p><p>　　「細(xì)菌分解是自然界淨(jìng)化河水的主要機(jī)制」，這是俄國(guó)科學(xué)家維諾格拉斯基（Sergei Winogradsky, 1856-1953）在20世紀(jì)初期的發(fā)現(xiàn)，從此只要讓細(xì)菌能夠持續(xù)旺盛地分解有機(jī)質(zhì)、代謝營(yíng)養(yǎng)源，不管是用曝氣以增加接觸表面積或

47、運(yùn)用植生植物，汙水就有更多機(jī)會(huì)得以淨(jìng)化。</p><p><b>　　細(xì)菌對(duì)人的貢獻(xiàn)</b></p><p>　　維諾格拉斯基是堅(jiān)持不用標(biāo)準(zhǔn)方法（Standard Methods）作研究的人，他認(rèn)為研究問(wèn)題最大的突破在自創(chuàng)方法。今天許多細(xì)菌──如鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌、硝化菌、固氮菌等培養(yǎng)的方式，都是他首先提出的，讓別人當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)方法仿效；而這些細(xì)菌，也都是他自土壤中發(fā)現(xiàn)，維諾

48、格拉斯基被稱(chēng)為「土壤微生物學(xué)之父」；因著發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌可以幫助自然淨(jìng)化作用，維諾格拉斯基又被稱(chēng)為「環(huán)境微生物學(xué)之父」或「生態(tài)微生物學(xué)之父」。</p><p>　　不過(guò)這位功在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的學(xué)者，在念基輔大學(xué)（University of Kiev）二年級(jí)之前是主修法律，三年級(jí)時(shí)才轉(zhuǎn)念自然科學(xué)，期間又自組學(xué)校交響樂(lè)團(tuán)，維諾格拉斯基雖以?xún)?yōu)異的成績(jī)畢業(yè)後，又轉(zhuǎn)到聖彼得堡大學(xué)（University of St. Peters

49、burg）念音樂(lè)系，但是他寫(xiě)道：「純藝術(shù)的追求無(wú)法滿(mǎn)足我大腦的活動(dòng)，以致無(wú)法支撐太久的專(zhuān)注?！?lt;/p><p><b>　　微生物學(xué)的大發(fā)現(xiàn)</b></p><p>　　1881年，維諾格拉斯基找到新的滿(mǎn)足點(diǎn)，一個(gè)全新領(lǐng)域──細(xì)菌學(xué)的研究。他在聖彼得堡大學(xué)開(kāi)始研究細(xì)菌分類(lèi)與代謝，1885-888年期間，維諾格拉斯基發(fā)現(xiàn)硫細(xì)菌與鐵細(xì)菌，提出「自營(yíng)（細(xì)）菌」（autotr

50、ophic bacteria）；1890年，維諾格拉斯基又發(fā)現(xiàn)硝化菌與亞硝化菌，續(xù)而提出氮、硫、鐵在自然界的循環(huán)，並提出自然淨(jìng)化的機(jī)制就是這循環(huán)作用。</p><p>　　維諾格拉斯基的發(fā)現(xiàn)對(duì)汙水淨(jìng)化有革命性的影響，例如在20世紀(jì)初期，開(kāi)始建造使用「汙水塘」（lagoon），主要是以較深的水塘來(lái)處理較高濃度的有機(jī)汙染（如畜牧排水），淺水處進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的氧化分解，深水處則供為底部淤積並進(jìn)行消化分解，可以淨(jìng)化汙水，又可

51、以大量減少?zèng)@水處理中淤泥的負(fù)荷量。</p><p>　　汙水塘與水生植物處理的興起</p><p>　　汙水塘在1950年代加入生態(tài)處理的單元，以耐汙染浮水型水生植物如布袋蓮（Eichhornia crassipee）配合汙水塘，成為現(xiàn)地處理型的「水生植物處理系統(tǒng)」（aquatic treatment systems）。</p><p>　　因著維諾格拉斯基的發(fā)現(xiàn)，

52、汙水處理設(shè)計(jì)開(kāi)始分為物理單元操作（physical unit operation），如過(guò)濾、沈降、曝氣等；生物處理單元操作（biological unit operation），如好氧、壓氧等；與化學(xué)單元操作（chemical unit operation），如沈澱、吸附等。</p><p>　　維諾格拉斯基雖然研究細(xì)菌，卻仍然沒(méi)有離開(kāi)音樂(lè)。維諾格拉斯基仍是聲樂(lè)的演奏者，此外也與不少文學(xué)家如屠格涅夫（Ivan T

53、urgeniev）與托爾斯秦（Lev Tolstoi）等人作朋友。研究細(xì)菌與喜愛(ài)音樂(lè)、文學(xué)，顯然沒(méi)有衝突。</p><p><b>　　第7章</b></p><p>　　現(xiàn)地處理的改革者――環(huán)境工程學(xué)之父尹霍夫</p><p>　　如果改善河川汙染的問(wèn)題，</p><p>　　要從汙染的源頭管制起，</p>

54、<p>　　那麼每一個(gè)家庭的住家底下，都應(yīng)該有一座汙水的分解槽，</p><p>　　能將汙水初步淨(jìng)化，再排入汙水管。</p><p>　　從此從排放口到河川便有層層的保護(hù)屏障，</p><p>　　屏障的第一道就是家庭式的分解槽，</p><p>　　又稱(chēng)為「化糞池」（Septic tanks）。</p><

55、;p>　　許多人也許以為「化糞池」是個(gè)不雅的名稱(chēng)，每當(dāng)有清化糞池的「水肥車(chē)」在作業(yè)時(shí)，行經(jīng)的路人經(jīng)常蹙著眉頭、用手摀著鼻子，疾行而過(guò)，化糞池與水肥車(chē)似乎人見(jiàn)人厭；其實(shí)城市能否給人安居樂(lè)住，化糞池功不可沒(méi)。凡是落後的地區(qū)、疾病叢生的所在，最常見(jiàn)的原因，不是缺乏乾淨(jìng)的使用水，就是不具淨(jìng)化作用的化糞池。</p><p><b>　　淤泥過(guò)多的困擾</b></p><p&g

56、t;　　近代的化糞池經(jīng)常與尹霍夫（Karl Imhoff, 1876-1965）連在一起，故化糞池又稱(chēng)為尹霍夫池（Imhoff tank）。其實(shí)歐洲在中古世紀(jì)已使用化糞池，中國(guó)於3,000年前就在田間作化糞池，以用作田間施肥?；S池為何要獨(dú)冠尹霍夫之名呢？</p><p>　　尹霍夫是德國(guó)的工程師，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)汙水的淨(jìng)化處理，無(wú)論是流過(guò)土壤的「慢濾」，或是流經(jīng)沙質(zhì)濾床的「砂濾」，抑或是流過(guò)礫石的「快濾」，最大的困擾

57、不在完工初期的處理成效，而在處理後不久的「淤泥」（sludge）愈積愈多，最終阻塞汙水處理設(shè)施，產(chǎn)生惡臭。</p><p>　　於是尹霍夫?qū)⑻幚聿鄯殖蓛蓚€(gè)單元，前一個(gè)單元讓汙水淨(jìng)化，並且讓淤泥沈降；後一個(gè)單元?jiǎng)t讓淤泥進(jìn)入，繼續(xù)消化分解，末了消化分解時(shí)產(chǎn)生的臭氣以專(zhuān)管排出。這種處理槽約3公尺深，約能去除汙水中的生化需氧量20-40%、懸浮性顆粒濃度30-60%，還能有效減少淤泥量，而且使用空間小，操作費(fèi)用也很低廉。

58、後來(lái)，這種處理槽逐漸成為改良型的家庭化糞池，也成為許多汙水的現(xiàn)地處理措施。</p><p>　　改良式的地下汙水處理</p><p>　　1950年代之後，減少淤泥的分解槽愈做體積愈大，有的增加曝氣的裝置，以增加生化需氧量的分解效率；有的加上反沖洗或輪帶式?jīng)@泥輸出，稱(chēng)為「礫間氧化曝氣槽」；或是加上質(zhì)床過(guò)濾懸浮顆粒，稱(chēng)為「地下滲濾槽」。這些新式的現(xiàn)地處理設(shè)施，經(jīng)常是為促進(jìn)某種淨(jìng)化作用而設(shè)計(jì)，

59、就不再冠上「尹霍夫」了。</p><p>　　不過(guò)尹霍夫最大的貢獻(xiàn)並非設(shè)計(jì)化糞池，而是於1906年出版《都市排水與廢水處理手冊(cè)》（Handbook of Urban Drainage and Wastewater Disposal），這本書(shū)被稱(chēng)為第一本環(huán)境工程學(xué)的課本。尹霍夫認(rèn)為汙水既然是都市化造成，汙水處理便應(yīng)與都市排水結(jié)合，才能準(zhǔn)確估算汙水處理的水量、汙水管線的佈放、汙水集淤的所在，與汙水流達(dá)的時(shí)間等。<

60、;/p><p>　　水質(zhì)淨(jìng)化與土木工程的結(jié)合</p><p>　　更重要的，尹霍夫強(qiáng)調(diào)汙水處理並不是汙染已經(jīng)造成了才來(lái)處理，而是在都市規(guī)劃、社區(qū)設(shè)計(jì)、預(yù)防洪水之時(shí)，就以排水的觀點(diǎn)作汙水處理的先期作業(yè)。這個(gè)觀點(diǎn)大大地改變了普世都市設(shè)計(jì)與公共工程建造的觀念，排水道與汙水處理裝置工程必須在都市設(shè)計(jì)中先完成。由此水利、土木工程才開(kāi)始與汙水處理結(jié)合，汙水處理逐漸完成公共衛(wèi)生的時(shí)代性任務(wù)之後，開(kāi)始與工程結(jié)

61、合，由過(guò)去的環(huán)境衛(wèi)生邁向環(huán)境工程，尹霍夫也得到「環(huán)境工程學(xué)之父」的美譽(yù)。</p><p><b>　　第8章</b></p><p>　　河川水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)――弗洛斯特</p><p>　　世界上最早提出河川水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)的人，</p><p>　　不是環(huán)境汙染或生態(tài)環(huán)境的學(xué)者，</p><p>&l

62、t;b>　　而是一位醫(yī)生。</b></p><p>　　他發(fā)現(xiàn)普世流行的小兒麻痺，</p><p>　　其傳染的方式，主要是接觸到患者的排泄物，</p><p>　　而大部分的媒介是經(jīng)由河水的攜帶，</p><p>　　因此推動(dòng)汙染處理的力量，是來(lái)自公共衛(wèi)生的考量。</p><p>　　弗洛斯特（Wa

63、de Hampton Frost, 1880-1938）是著名的約翰．霍浦金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）公共衛(wèi)生學(xué)系首任的系主任，他不止是近代流行病學(xué)的權(quán)威，並在1910年代於美國(guó)奧亥俄州成立一家醫(yī)院，這家醫(yī)院不收病人，也不研究疾病，而是研究河川與流行病的關(guān)係。</p><p>　　河川水質(zhì)模式的孕育所</p><p>　　這使得「河川衛(wèi)生學(xué)」（River S

64、anitary）成為重要的學(xué)科，而且培養(yǎng)了許多河川汙染的學(xué)者，例如將河川水質(zhì)淨(jìng)化以數(shù)學(xué)模式來(lái)呈現(xiàn)的司崔特（H.W. Streeter）與菲立普（Earle Phelps），他們?cè)?925年共同發(fā)表的研究「司崔特－菲立普公式」（Streeter-Phelps Equation），被稱(chēng)為是河川水質(zhì)的第一個(gè)水理模式，對(duì)後來(lái)的河川水質(zhì)管理非常有用。</p><p>　　司崔特與菲立普的教育背景都不是醫(yī)學(xué)或公共衛(wèi)生，司崔特

65、是數(shù)學(xué)專(zhuān)長(zhǎng)，菲立普則是化學(xué)與細(xì)菌學(xué)專(zhuān)長(zhǎng)。弗洛斯特在當(dāng)時(shí)已有遠(yuǎn)見(jiàn)，認(rèn)為河川生態(tài)環(huán)境的改善需要「實(shí)用的設(shè)計(jì)」（practical design）技術(shù)，又要在不同的「衝突取得妥協(xié)」（conflict and compromise），因此需要結(jié)合不同專(zhuān)長(zhǎng)的人，為相同的目標(biāo)齊心協(xié)力。</p><p><b>　　採(cǎi)生蠔者的訴求</b></p><p>　　1914年，奧亥俄河（

66、Ohis River）河口有一些養(yǎng)生蠔的漁戶(hù)向弗洛斯特求助，因?yàn)檫@些生蠔以前生長(zhǎng)良好、收成很多，但是河水汙染後生蠔產(chǎn)量減少，且時(shí)有死亡。弗洛斯特認(rèn)為這些生蠔流入市場(chǎng)後，對(duì)於食用者也不好，但是如何管理這條河流呢？</p><p>　　河川管理需要數(shù)學(xué)依據(jù)</p><p>　　菲立普提出水中溶氧為管理河川水質(zhì)的主要因子，溶氧的高低會(huì)決定水中的好氧菌（aerobic bacteria）與厭氧菌（

67、anaerobic bacteria）的消長(zhǎng)，進(jìn)而影響水中其他生物的生存，許多生物（包括生蠔）無(wú)法忍受厭氧菌代謝的產(chǎn)物――甲烷、碳化氫等而死亡。在弗洛斯特的經(jīng)費(fèi)與行政支持下，司崔特用化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力理論來(lái)推導(dǎo)溶氧的變化，持續(xù)沿河採(cǎi)水，並分析水中的溶氧與細(xì)菌，並比較河口生蠔的生長(zhǎng)狀況。</p><p>　　這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十年的努力才發(fā)表研究成果，就是司崔特－菲立普公式的來(lái)源，也是近百年來(lái)河川生態(tài)維護(hù)的經(jīng)典之作。從此河

68、川汙染管制管理、河川淨(jìng)化能力評(píng)估，與水生物的保育，便有一可以依據(jù)的數(shù)學(xué)理論。這個(gè)理論是結(jié)合河川流體力學(xué)與水文學(xué)的因子，例如流量、流速、水深、坡降與排放河水量等，並水中溶氧的反應(yīng)速率（reaction rate）成為量化河川淨(jìng)能力，對(duì)汙染涵容能力的最重要參數(shù)。以後成千、上萬(wàn)個(gè)河川管理案例與河川汙染在槽處理，都是由此開(kāi)始。</p><p>　　迄今，奧亥俄河仍有新鮮安全的生蠔在養(yǎng)殖與販?zhǔn)?，必須歸功於這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的努力

69、；且在此可以學(xué)到很重要的功課――生態(tài)環(huán)境與生物保育的問(wèn)題，不是先解決生物的問(wèn)題，而是由水質(zhì)開(kāi)始。</p><p><b>　　「生命表」的提出者</b></p><p>　　弗洛斯特在學(xué)生時(shí)代，受本仁約翰（John Bunyan, 1628-1688）經(jīng)典名作《天路歷程》（The Pilgrim’s Progress）的影響，將自己的一生也奉獻(xiàn)當(dāng)作人類(lèi)福祉的探路先鋒。

70、弗洛斯特研究小兒麻痺、霍亂、黃熱癥等患者，發(fā)現(xiàn)他們居處附近的河流都不乾淨(jìng)，不是水源有汙染，就是有排泄物排入。</p><p>　　1918年，弗洛斯特首先提出傳染病與河川汙染的關(guān)係，因此美國(guó)每一條河川都要進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，並將質(zhì)料統(tǒng)一匯集進(jìn)行分析。弗洛斯特是個(gè)分析高手，「人類(lèi)族群學(xué)」（Human Population）或生態(tài)學(xué)的「生命表」（Life Table）――計(jì)算生命在不同時(shí)間的變化率，就是他首先提出的。他認(rèn)為

71、傳染病每年常集中在一段時(shí)間發(fā)生，除了受到氣溫的影響之外，也與河川水質(zhì)狀況的變動(dòng)有關(guān)，例如小兒麻痺經(jīng)常在夏季河川枯水期時(shí)發(fā)生，因此他提出河川水質(zhì)需要「定期監(jiān)測(cè)」。</p><p><b>　　河川保護(hù)的天路客</b></p><p>　　當(dāng)時(shí)正值美國(guó)工業(yè)發(fā)展時(shí)期，弗洛斯特卻堅(jiān)持河川水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要，甚至提出警告：「水汙染與空氣汙染，將成為未來(lái)都市發(fā)展的兩大問(wèn)題?！篂榇怂?/p>

72、罪了許多人，但他仍堅(jiān)持己見(jiàn)。弗洛斯特平常上課不用黑板，只用講說(shuō)，要學(xué)生自己作筆記，學(xué)生抗議他也不妥協(xié)，因?yàn)槭褂梅酃P會(huì)妨害教室的環(huán)境衛(wèi)生。1931年，弗洛斯特成為約翰霍浦金斯公共衛(wèi)生學(xué)院院長(zhǎng)，繼續(xù)發(fā)揮影響力。</p><p>　　當(dāng)時(shí)許多城市都將汙水直接排入河川，並將垃圾拋棄在河灘，弗洛斯特提出這是對(duì)於河川的誤用，沒(méi)有乾淨(jìng)的河川環(huán)境，就沒(méi)有都市的衛(wèi)生安全。因此弗洛斯特要求汙水要先經(jīng)過(guò)處理才能排放，垃圾也要掩埋。這使

73、美國(guó)許多公共衛(wèi)生的經(jīng)費(fèi)投入汙水處理的設(shè)置，間接產(chǎn)生許多汙水處理的公司，處理汙水的技術(shù)也逐漸分為由汙水收集到?jīng)@水處理廠（wastewater treatment plant）處理，與現(xiàn)場(chǎng)處理（on-site treatment）兩種，前者處理較高濃度的汙水，後者處理較低濃度的汙水。</p><p>　　弗洛斯特於晚年寫(xiě)道：「上帝給我的一生有個(gè)清楚的方向，用智慧去保護(hù)多數(shù)人的生命?！顾Ｗo(hù)了許許多的河川，所提倡的河川

74、水質(zhì)監(jiān)測(cè)也已成為許多國(guó)家法令的要求。他達(dá)到了上帝給他的方向。</p><p>　　在弗洛斯特的努力下，許多傳染病減少，甚至不再發(fā)生，而且美國(guó)許多的河川，也獲得保全。</p><p><b>　　第9章</b></p><p>　　河濱溼地淨(jìng)化工程的起源――迪馬第</p><p>　　在近代的河川、湖泊、水庫(kù)水質(zhì)的保護(hù)中，

75、有一個(gè)很重要的落實(shí)，稱(chēng)為「資源廊道」（resource corridors）的重建，就是在河濱或水邊設(shè)置一條帶狀區(qū)域，種上木本與草本植物，沿著水岸蜿蜒，彷彿是水邊的綠色廊道，主要的功能在攔截從陸地上流到或沖下的泥砂與化學(xué)物質(zhì)，以免流入河川。這個(gè)非點(diǎn)源汙染的截留，是保護(hù)普世集水區(qū)的作法，是誰(shuí)先想出來(lái)的呢？</p><p>　　迪馬第（Delzie Demaree, 1889-1987）是第一個(gè)研究資源廊道的人。他在

76、美國(guó)史丹福大學(xué)當(dāng)學(xué)生時(shí)，經(jīng)常到野外去觀察大自然與生長(zhǎng)在特殊環(huán)境的植物，甚至利用暑假在野外長(zhǎng)期搭棚帳過(guò)日子。有時(shí)候，他會(huì)從野外取些樹(shù)苗回來(lái)，種在宿舍邊的空地上。現(xiàn)今史丹福校園內(nèi)仍有一些稀有植物，就是他當(dāng)學(xué)生時(shí)的傑作。</p><p><b>　　森林先鋒</b></p><p>　　迪馬第取得博士學(xué)位後，到美國(guó)中部的俄亥俄州立大學(xué)（Ohio State Universi

77、ty）任教。迪馬第經(jīng)常在課餘時(shí)走在馬路邊招手搭便車(chē)，若有駕駛停下來(lái)，他就會(huì)問(wèn)：「有沒(méi)有到森林？」如果有，他就上車(chē)。經(jīng)過(guò)森林，看到陌生的地方，就請(qǐng)駕駛停車(chē)，自己下車(chē)走進(jìn)去；黃昏前，他走出森林，又在路邊招手，找人載他回去。迪馬第用這種方法，以免每次去觀察大自然，只到自己熟悉的地方。</p><p>　　當(dāng)?shù)厝酥肋@位經(jīng)常在馬路邊招手的男人是個(gè)大學(xué)教授，一天有個(gè)要回阿肯薩斯（Arkansas）州的駕駛跟他講：「我們住的

78、地方人口稀少，有許多植物是別的地方很少見(jiàn)的?！沟像R第知道後，就申請(qǐng)了阿肯薩斯州州立大學(xué)的教職，不久獲聘。</p><p><b>　　水松生長(zhǎng)的奧祕(mì)</b></p><p>　　迪馬第在阿肯薩斯州仍然自認(rèn)是個(gè)「手上一支來(lái)福槍、背包放幾本書(shū)，就能在森林裡住上好一陣子的人」。只是在森林中，常會(huì)看到許多人砍伐森林沼澤裡的水松（Taxodium distichum）。難道水松

79、長(zhǎng)在森林沼澤裡，就沒(méi)有其功能嗎？迪馬第於是開(kāi)始注意水松生長(zhǎng)與周遭水質(zhì)的關(guān)係。</p><p>　　水松是能夠生長(zhǎng)在水中的松科植物，樹(shù)幹可以高達(dá)30公尺，樹(shù)木的直徑可寬達(dá)6公尺，樹(shù)幹聳直、木材堅(jiān)硬，是上等的建材，因此常遭砍伐。</p><p><b>　　總要長(zhǎng)出水面</b></p><p>　　1932年，迪馬第提出水松的種子在森林沼澤地的生長(zhǎng)

80、，需要足夠的水深來(lái)遮蔭才能發(fā)芽。發(fā)芽後的水松，必須迅速生長(zhǎng)，在一年之內(nèi)要長(zhǎng)高到2-6公尺，使樹(shù)苗的芽頂探出水面，才能迅速進(jìn)行光合作用，繼續(xù)生長(zhǎng)。水松的樹(shù)根需要氧氣進(jìn)行呼吸作用，所以水松會(huì)長(zhǎng)出呼吸根、伸出水面以吸取空氣。由於水松初期生長(zhǎng)迅速，吸收了許多沼澤中的磷，長(zhǎng)成大樹(shù)後，就等於是一部巨大的磷儲(chǔ)存器。迪馬第著名的水松研究，後來(lái)成為河濱溼地截留營(yíng)養(yǎng)源的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　減少優(yōu)養(yǎng)化的功臣&

81、lt;/b></p><p>　　磷是所有生物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)份，但是水中的磷含量過(guò)高會(huì)造成藻類(lèi)滋生，藻類(lèi)旺盛的光合作用導(dǎo)致水中的溶氧量在日夜之間變化太大，使許多魚(yú)類(lèi)不易生存，這稱(chēng)為「水質(zhì)優(yōu)養(yǎng)化」（eutrophication）。優(yōu)養(yǎng)化是普世淡水域的困擾，水松正好能把磷迅速地吸收進(jìn)來(lái)，能夠儲(chǔ)存數(shù)百年之久。不斷進(jìn)行此功能的水松，怎麼能被人類(lèi)大量的砍伐呢？</p><p><b&g

82、t;　　到處種樹(shù)的人</b></p><p>　　迪馬第的發(fā)現(xiàn)，成為近代森林集水區(qū)水質(zhì)保護(hù)的新觀念。在1980年代，在河濱保留水松沼澤地作為河川水質(zhì)淨(jìng)化的緩衝溼地，甚至主動(dòng)在水邊種植水松成為保護(hù)河川的綠色廊道，開(kāi)始在各地盛行。迪馬第教授晚年仍然研究森林的植物，他寫(xiě)道：「我一生在大自然裡，學(xué)到最重要的一門(mén)課是謙卑。」</p><p>　　他逝世前，捐錢(qián)成立「迪馬第旅遊獎(jiǎng)」（Del

83、zie Demaree Travel Award），專(zhuān)給學(xué)生申請(qǐng)，讓他們有旅費(fèi)可以到學(xué)習(xí)生態(tài)保護(hù)的地方旅行。</p><p>　　在1940年代臺(tái)灣的日據(jù)時(shí)期，許多日本人自美國(guó)取些水松種在臺(tái)灣，例如在宜蘭的壯圍鄉(xiāng)就種了一些。迄今，水松在此生長(zhǎng)良好，而且長(zhǎng)了許多氣生根，伸向空中，而且持續(xù)淨(jìng)化附近水道的汙水。</p><p><b>　　第10章</b></p>

84、;<p>　　人工溼地淨(jìng)化工程的起源――賽德樂(lè)</p><p>　　那是臺(tái)灣大學(xué)安康農(nóng)場(chǎng)的小型人工溼地，溼地的周邊長(zhǎng)了許多蘆葦。蘆葦在微風(fēng)中株桿輕晃，將叢叢的白色蘆花送到遠(yuǎn)處。時(shí)間，靜靜的過(guò)去……</p><p>　　不是每個(gè)人都喜歡蘆葦。蘆葦太平凡了，有的人認(rèn)為蘆葦是水邊的雜草；蘆葦莖桿與葉上有細(xì)刺，有的人認(rèn)為蘆葦長(zhǎng)在路邊會(huì)割傷人；蘆葦叢長(zhǎng)得很緊密，有少數(shù)人以為蘆葦會(huì)擋住賞

85、鳥(niǎo)的視線，而將蘆葦燒毀；蘆葦會(huì)長(zhǎng)到淺水處，水溝的管理者有時(shí)也砍除蘆葦，以免妨礙排水，造成水災(zāi)。</p><p><b>　　大自然的淨(jìng)水機(jī)</b></p><p>　　當(dāng)在1979年臺(tái)南沿海地區(qū)，有許多人認(rèn)為應(yīng)儘量砍除蘆葦，或用殺草劑滅除，以解決所居住的地方淹水苦楚之際，是否也應(yīng)當(dāng)思想另一面－蘆葦它的存在價(jià)值是什麼？難道是全無(wú)價(jià)值嗎？若是真無(wú)價(jià)值性，何嘗遠(yuǎn)在歐洲有一位

86、女性的傑出科學(xué)家——賽德樂(lè)（Kaethe Seidel, 1902-）卻是擺上一生，正為著保留蘆葦而盡全力努力。</p><p>　　賽德樂(lè)是德國(guó)著名研究單位「馬克斯．普朗克協(xié)會(huì)」湖泊生態(tài)團(tuán)隊(duì)的首席研究員，她在1940年代初就提出：「水邊為什麼會(huì)長(zhǎng)出這麼多的蘆葦？那肯定是有意義的?！顾钊胩接戇@平凡的植物，發(fā)現(xiàn)蘆葦在大自然的功能，就像「大自然的淨(jìng)水機(jī)器，以最廉價(jià)的方式，讓流過(guò)的汙水獲得淨(jìng)化」，原來(lái)蘆葦在水邊默默地

87、擔(dān)任著水質(zhì)自然淨(jìng)化的任務(wù)。</p><p><b>　　給水更多的空氣吧</b></p><p>　　賽德樂(lè)首先提出蘆葦像是「打氣管子」（aerated pipe），將空氣輸入底泥與水中，這是大自然奇妙的機(jī)制，只要水中持續(xù)有氧氣供應(yīng)，水就會(huì)愈來(lái)愈乾淨(jìng)。蘆葦?shù)褥妒撬械钠貧鈾C(jī)，幫助河流與湖泊呼吸。</p><p>　　蘆葦?shù)钠貧饽芰?，主要?lái)自蘆葦

88、植株特殊的結(jié)構(gòu)。蘆葦?shù)闹仓陰缀跏侵锌盏墓茏樱恢毖由斓礁?。?dāng)太陽(yáng)照到蘆葦，蘆葦?shù)娜~子快速蒸散水分，使蘆葦?shù)膬?nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，將空氣吸進(jìn)入中空的管子，而且能夠傳到根部，再擴(kuò)散到周遭的底泥或水中。如果蘆葦?shù)那o部或是葉部被風(fēng)、或所經(jīng)過(guò)的動(dòng)物折壓到，壓傷的部位散出的水蒸氣愈多，吸收到壓傷部位下的空氣也愈多，結(jié)果能給予根部周遭更多的空氣。</p><p><b>　　人工溼地的源起</b></p&

89、gt;<p>　　這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)於普世的生態(tài)保護(hù)有很大的影響。1952年賽德樂(lè)開(kāi)始在汙水中種植蘆葦以淨(jìng)化水質(zhì)，這種地方後來(lái)稱(chēng)為「汙水處理型人工溼地」（wastewater treatment of artificial wetlands），自此世界上建造成千上萬(wàn)座類(lèi)似的人工溼地，用來(lái)改善河川與湖泊的汙染。近五年來(lái)臺(tái)灣也在各處建造了這種人工溼地。</p><p>　　熱心的人永遠(yuǎn)不會(huì)覺(jué)得沒(méi)事做，賽德樂(lè)繼續(xù)

90、到世界各處研究蘆葦，她到秘魯世界最高的湖泊「的的喀喀湖」（Lake Titicaca），發(fā)現(xiàn)這面積8,300平方公里、位於海拔3,810公尺的湖泊周?chē)?，最主要的植物群落就是蘆葦。幾千年來(lái)，蘆葦供應(yīng)當(dāng)?shù)氐娜松w屋子、作草船，以及畜牧的主要材料，並成為整個(gè)區(qū)域各樣野生動(dòng)物最主要的食物來(lái)源，可見(jiàn)蘆葦對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的重要。</p><p><b>　　生命力特強(qiáng)的植物</b></p><

91、;p>　　賽德樂(lè)也到西伯利亞，探勘世界上最深的湖泊貝加爾湖（Lake Baikal），發(fā)現(xiàn)這平均730公尺深的湖畔也長(zhǎng)了許多蘆葦。幾千萬(wàn)年來(lái)，蘆葦在岸邊安定周遭流入的細(xì)土粒，以免湖泊的水深變淺；她又深入非洲內(nèi)陸，發(fā)現(xiàn)有些可供飲水的水域，都有蘆葦在水邊默默的矗立著……。</p><p>　　窮其一生，賽德樂(lè)都研究蘆葦，稱(chēng)這種平凡的植物是「人類(lèi)保護(hù)生態(tài)最具經(jīng)濟(jì)效益的夥伴」。她始終不明白蘆葦為何有這麼奇妙的機(jī)制？

92、為何有這麼堅(jiān)強(qiáng)的生命力？她在晚年的時(shí)候說(shuō)：「我的一生，只是個(gè)農(nóng)夫，在植物緩緩的生長(zhǎng)中，慢慢體會(huì)大自然的複雜?！?lt;/p><p>　　不過(guò)現(xiàn)代的汙水處理型人工溼地，許多人喜歡種上各種植物，而忘了起初的提倡者只是種上蘆葦。</p><p><b>　　第11章</b></p><p>　　溼地生態(tài)淨(jìng)化工程的起源――生態(tài)工程學(xué)之父奧登</p&g

93、t;<p>　　奧登（Howard Thomas Odum, 1924-2002）於1962年提出「生態(tài)工程」（Ecological Engineering）一詞，是以表面流溼地為對(duì)象，作為處理都市汙水與非點(diǎn)源汙染，使溼地兼生態(tài)棲地的功能，並成為便宜又兼具生態(tài)之美的汙水處理方式，因此奧登被稱(chēng)為「生態(tài)工程學(xué)之父」。</p><p><b>　　生態(tài)系統(tǒng)的試驗(yàn)</b></p&

94、gt;<p>　　不同於一般生態(tài)學(xué)者是動(dòng)物學(xué)或植物學(xué)出身，缺乏工程知識(shí)，奧登取得動(dòng)物學(xué)博士學(xué)位後，在佛羅里達(dá)州調(diào)查溼地生態(tài)的能量傳輸。由於與他一起從事野外調(diào)查工作和發(fā)表研究成果的夥伴平格頓（Richard Pinkerton）是一位工程師，奧登於是發(fā)現(xiàn)生態(tài)學(xué)者也可以與工程師一起工作；在這期間，奧登更得知工程師對(duì)生態(tài)研究的想法。1966年，奧登在北卡羅來(lái)納大學(xué)教書(shū)時(shí)，同時(shí)身兼動(dòng)物系、植物系、環(huán)境科學(xué)與工程系的教授，在當(dāng)時(shí)就以

95、細(xì)長(zhǎng)型的水槽，模擬生態(tài)棲地與汙水淨(jìng)化的雙重果效。</p><p>　　此外，奧登也與許多環(huán)保人士不同，1967年，許多環(huán)保人士抗議美軍在越南大量使用殺草劑2, 4-D荼毒沿海植物、破壞潮間帶生態(tài)，他卻立刻著手復(fù)育越南的潮間帶。他認(rèn)為：「強(qiáng)調(diào)破壞，是退回過(guò)去；從事復(fù)育，才是向前邁進(jìn)。」他將沿海潮間帶遭受破壞的地區(qū)，重建成為野生動(dòng)物的棲地。</p><p><b>　　逆向思考<

96、;/b></p><p>　　1970年，奧登回到佛羅里達(dá)大學(xué)環(huán)境工程與科學(xué)系任教，注意到當(dāng)?shù)氐膯?wèn)題：根據(jù)淨(jìng)水法，汙水要收集到?jīng)@水處理廠處理以後才能排放；但是建造汙水處理廠需要數(shù)百萬(wàn)美金，州政府在缺乏經(jīng)費(fèi)的情況下，汙水問(wèn)題根本沒(méi)有辦法解決。於是他開(kāi)始收集汙水，並嘗試在溼地處理，發(fā)現(xiàn)淨(jìng)化效果很好。</p><p>　　這不僅與傳統(tǒng)汙水處理的方法不同，而且與廢水處理的基本看法不同。傳統(tǒng)的

97、看法，是不要讓汙水?dāng)U散到別的地方，因此用管路集中汙水到處理廠統(tǒng)一處理；但霍華德．奧登是將汙水散逸到更廣大開(kāi)放的溼地，讓溼地發(fā)揮自然淨(jìng)化的能力，難怪當(dāng)時(shí)有許多汙水處理工程師反對(duì)他的作法。</p><p><b>　　大自然的助手</b></p><p>　　1970-2002年間，奧登用比較便宜的方式處理了當(dāng)?shù)氐臎@水，省了許多錢(qián)，於是開(kāi)始引人思考：「用溼地的自淨(jìng)作用來(lái)處

98、理汙水，是否是最符合經(jīng)濟(jì)、且的確有效的作法？」這期間，奧登也在佛羅里達(dá)州立大學(xué)的「溼地中心」（Center for Wetland），以實(shí)際成效證明生態(tài)工程的可行性，逐漸引起普世的注意。</p><p>　　為什麼在溼地內(nèi)處理汙水，能夠達(dá)到最高經(jīng)濟(jì)效益的汙染去除果效呢？奧登認(rèn)為汙水進(jìn)入清水的水域，等於是在自然開(kāi)放的系統(tǒng)內(nèi)，產(chǎn)生了不同濃度的分布，這是外來(lái)的脈衝（pulse），可以激發(fā)原本水域生態(tài)的調(diào)控功能。這理論稱(chēng)

99、為「中度擾動(dòng)理論」，成為河川―溼地共串淨(jìng)化水質(zhì)，且利生物棲息最重要的理論。在人為設(shè)計(jì)與管理下，可以發(fā)揮自然淨(jìng)化與去除汙水的果效，只要水力停滯時(shí)間夠長(zhǎng)，生態(tài)系統(tǒng)自動(dòng)會(huì)將汙水淨(jìng)化到最大程度，因此水力停滯時(shí)間是溼地淨(jìng)化水質(zhì)關(guān)鍵的管理因子。</p><p><b>　　省力的支點(diǎn)</b></p><p>　　奧登對(duì)「生態(tài)工程」定義道：「人為對(duì)環(huán)境的操作，只將附加的能量轉(zhuǎn)到系統(tǒng)

100、內(nèi)，主要的能量仍來(lái)自大自然?！梗‥nvironmental manipulation by man using small amounts of supplementary energy to control systems in which the main energy drives are coming from natural resource.）</p><p>　　環(huán)境的劣化是大尺度的問(wèn)題，人們所能做