水庫有毒藻類監測及智慧辨識技術初期研究

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水庫有毒藻類監測及智慧辨識技術初期研究

Development and improvement of image recognition and monitoring technologies for

harmful cyanobacteria in reservoirs

MOEAWRA1080229

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摘要

地面水為台灣最重要之公共給水水源，然而因目前國內集水區管理未臻完善，許多水源受各類點源及非點源污染機會相對較大，使營養鹽進入水庫濃度高，進而使水源中藍綠菌繁殖潛勢大，增加藍綠菌(或稱藍綠藻)毒素及臭味生成的風險。為持續掌握水源藻類的問題並確保公共給水的安全，

本年度經濟部水利署計畫工作包括：提升藻類代謝物監測技術：增加神經毒素 DAB 的監測以及柱孢藻毒素基因表現的監測；定期監測水庫有害藻類、毒素、及臭味與控制技術評估支援，以及 5 次緊急或加強監測作業支援；水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構規劃，並建置資料庫；本署 (經濟部水利署)各水資源局管理之水庫有害藻類疑慮事件應變計畫之藻毒管理及應變相關作業提供諮詢；以及辦理1 次藻毒檢驗技術培訓班。

主要計畫成果說明如下。

1. 本年度計畫除了監測微囊藻毒素、柱孢藻毒素、土味及霉味物質等藻類代謝物及其產生基因、以及神經毒素 BMAA 及微囊藻產毒基因表現量外，並增加神經毒素DAB 及柱孢藻產毒基因表現量的監測。

2. 考量藻華風險發生情形、本計畫針對本島地區，蘭潭、仁義潭以及阿公店水庫，於春、夏、秋、冬每季各監測一次、全年各四次監測；寶山及鯉魚潭水庫，則於藻華好發期間(5-10 月)每季監測一次，全年各三次；

離島地區則分成兩個部分，第一部分於藻華好發期間，現場監測金門太

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湖、金門榮湖、馬祖儲水沃及馬祖勝利等 4 座離島重要水庫每座 1 次；

第二部分則協助金門太湖、金門榮湖、馬祖儲水沃及馬祖勝利水庫，寄送至成功大學進行樣品分析(每座每月 1 次)，並評析藻類代謝物之趨勢及風險，每座水庫一年共監測6 次。

本計畫監測水庫與時間規劃

監測水庫採樣位置全年監測

次數監測時間

本島

蘭潭、仁義潭、阿公店

取水口*

4 每季各 1 次

3 月、5 月、8 月、10 月

寶山、鯉魚潭 3 好發期每季 1 次

5 月、8 月、10 月

離島

馬祖儲水沃、馬祖勝利、金門太湖、金門榮

湖水庫

6

現場採樣 1 次 (馬祖地區：9 月) (金門地區：4 月) 每月送樣 1 次 (5 月至 10 月份)

3. 本計畫分別於 3 月、5 月、8 月及 10 月份，共完成本島 5 座水庫及 5 座淨水場的定期監測。離島部分，於4 月份前往金門地區進行 2 座水庫及 2 座淨水場的現場監測，並從 5 月份開始，金門地區陸續以寄送水樣的方式進行監測；馬祖地區從5 月份開始陸續以寄送水樣的方式進行連續

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本島主要5 座水庫之監測結果彙整水庫

名稱分析項目重要發現日期後續處理及建議

寶山水庫

藻毒基因產毒微囊藻數目

> 1,000 cells/mL

108 年 05 月 20 日 108 年 08 月 27 日

建議後續追蹤微囊藻數目的變化。

藻毒濃度微囊藻毒素濃度

> 0.2 μg/L

108 年 08 月 27 日 108 年 10 月 17 日

淨水廠清水未檢測出微囊藻毒素。

DAB 毒素檢出

108 年 05 月 20 日 108 年 08 月 27 日

需加強注意 DAB 的濃度變化臭味物質 2-MIB 濃度

> 10 ng/L

108 年 05 月 20 日淨水廠清水未檢測出 2-MIB。

鯉魚潭水庫

藻毒基因產毒柱孢藻數目

> 3,000 cells/mL

108 年 08 月 27 日 108 年 10 月 17 日

建議後續追蹤柱孢藻數目的變化。

藻毒濃度柱孢藻毒素濃度

> 0.2 μg/L

108 年 08 月 27 日 108 年 10 月 17 日

淨水廠清水未檢測出產毒基因及其毒素。

DAB 毒素檢出

108 年 05 月 24 日 108 年 08 月 27 日

> 10 ng/L

蘭潭水庫

> 1,000 cells/mL

108 年 08 月 30 日 108 年 10 月 18 日

藻毒濃度 DAB 毒素檢出

108 年 10 月 18 日需加強注意 DAB 的濃度變化臭味物質 2-MIB 濃度

> 10 ng/L

仁義潭水庫

藻毒基因 -- -- --

藻毒濃度 DAB 毒素檢出

108 年 08 月 30 日 108 年 10 月 18 日

> 100 ng/L

108 年 05 月 28 日建議考量提升處理程序或採應急處理技術。

阿公店水庫

藻毒基因產毒柱孢藻數目

> 3,000 cells/mL

108 年 05 月 28 日建議後續追蹤柱孢藻數目的變化。

> 0.2 μg/L

108 年 05 月 28 日建議後續追蹤柱孢藻毒素濃度的變化。

臭味物質 2-MIB 濃度

> 10 ng/L

108 年 03 月 25 日 108 年 10 月 18 日

建議考量提升處理程序或採應急處理技術。

2-MIB 濃度

> 50 ng/L

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馬祖地區主要2 座水庫之監測結果彙整水庫

儲水沃水庫

藻毒基因 -- -- --

藻毒濃度 BMAA 毒素檢出

108 年 05 月 29 日需加強注意 BMAA 的濃度變化 DAB 毒素

檢出

108 年 06 月 28 日 108 年 07 月 29 日 108 年 08 月 26 日 108 年 10 月 07 日

需加強注意 DAB 的濃度變化

> 10 ng/L

108 年 07 月 29 日 108 年 08 月 26 日 108 年 09 月 20 日 108 年 10 月 07 日

建議考量提升處理程序或採應急處理技術。

2-MIB 濃度

> 100 ng/L

勝利水庫

> 1,000 cells/mL

108 年 05 月 29 日 108 年 09 月 20 日 108 年 10 月 07 日

產毒柱孢藻數目

> 3,000 cells/mL

108 年 09 月 20 日 108 年 10 月 07 日

藻毒濃度微囊藻毒素濃度

> 0.2 μg/L

108 年 10 月 07 日建議後續追蹤微囊藻毒素濃度的變化。

柱孢藻毒素濃度

> 0.2 μg/L

108 年 05 月 29 日 108 年 09 月 20 日 108 年 10 月 07 日

建議後續追蹤柱孢藻毒素濃度的變化。

蛤蚌毒素濃度

> 0.2 μg/L

108 年 08 月 26 日 108 年 09 月 20 日 108 年 10 月 07 日

BMAA 毒素檢出

108 年 05 月 29 日 108 年 06 月 28 日

需加強注意 BMAA 的濃度變化 DAB 毒素

檢出

108 年 05 月 29 日 108 年 06 月 28 日 108 年 07 月 29 日

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金門地區主要 2 座水庫之監測結果彙整 (1/2) 水庫

太湖水庫

> 1,000 cells/mL

108 年 05 月 17 日建議後續追蹤微囊藻數目的變化。

> 3,000 cells/mL

108 年 07 月 11 日 108 年 09 月 09 日

> 0.2 μg/L

108 年 04 月 11 日 108 年 05 月 17 日 108 年 06 月 13 日 108 年 07 月 11 日 108 年 08 月 07 日

柱孢藻毒素濃度

> 1 μg/L

108 年 09 月 09 日考量太湖淨水場的處理效率，應能有效降低柱孢藻毒素的危害風險。

BMAA 毒素檢出

108 年 05 月 17 日 108 年 06 月 13 日

需加強注意 BMAA 的濃度變化 DAB 毒素

檢出

108 年 05 月 17 日 108 年 06 月 13 日 108 年 09 月 09 日

> 10 ng/L

考量太湖淨水場的處理效率，應能有效降低 2-MIB 的風險。

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金門地區主要 2 座水庫之監測結果彙整 (2/2) 水庫

榮湖水庫

> 1,000 cells/mL

108 年 05 月 17 日 108 年 09 月 09 日

> 3,000 cells/mL

108 年 06 月 13 日 108 年 08 月 07 日 108 年 09 月 09 日

> 1 μg/L

考量榮湖淨水場的處理效率，應能有效降低柱孢藻毒素的危害風險。

BMAA 毒素檢出

108 年 04 月 11 日 108 年 05 月 17 日 108 年 07 月 11 日 108 年 08 月 07 日

需加強注意 BMAA 的濃度變化

DAB 毒素檢出

108 年 06 月 13 日 108 年 07 月 11 日 108 年 08 月 07 日 108 年 09 月 09 日

> 10 ng/L

考量榮湖淨水場的處理效率，應能有效降低 2-MIB 的風險。

4. 本年度共進行 5 次緊急採樣/加強監測工作，分別為 9 月份的直潭淨水場及馬祖后沃水庫；10 月份的中庄調整池、湖山水庫以及南化水庫。其中，

9 月份的馬祖后沃水庫存在柱孢藻毒素、蛤蚌毒素及 2-MIB 問題。10 月

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ng/L)。建議水場應採取適度處理，以避免 2-MIB 濃度的增加並提高 2- MIB 處理的效果。

本計畫緊急採樣事件之地點與時間表

緊急採樣次數採樣日期監測地點

1 108 年 09 月 18 日直潭淨水場 2 108 年 09 月 20 日后沃水庫 3 108 年 10 月 22 日中庄調整池

4 108 年 10 月 22 日湖山水庫及湖山淨水場 5 108 年 10 月 30 日南化水庫及南化淨水場

5. 本計畫初步完成建置『水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構』，(如下圖)並建置『資料庫』，對於未來完整系統建置提供基礎。

網路

(辨識結果)

辨識運算模組

資料庫

計畫判定上傳

使用者上傳

建議/評價

目標藻類影像前處理

使用者上傳影像是否用於學習的判別

暫存資料庫學習資料庫

隱球藻 Aphanocapsa

影像儲存

成果顯示

水庫有害藻類智慧辨識系統與資料庫整合架構

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6. 本計畫於 108 年 08 月 27 日拜訪/訪談中區水資源局，並就討論結果修正 107 年度擬的藻毒緊急事件應變作業流程草圖，以更符合需求。修正後之架構如下圖所示。

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7. 本年度藻毒檢驗技術培訓班於 108 年 09 月 18 日舉行，參與學員包括水利署相關組室、環保署環境檢驗所、北區水資源局、中區水資源局、南區水資源局、台灣自來水公司、臺北自來水事業處、苗栗農田水利會、

嘉南農田水利會、台電大觀發電廠、澳洲阿德雷得大學以及成功大學。

本次參加學員共43 人。

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Abstract

To safeguard drinking water quality, this project is aimed to collect and provide supporting information for reservoir management authorities on the issues of cyanobacteria and their toxins and taste and odor (T&O) compounds in Taiwan’s reservoirs. The major tasks conducted in this project include: (1) to improve and apply a mobile platform to rapidly monitor toxigenic Microcystis and Cylindrospermopsis, saxitoxin-producers, two neuro-cyanotoxins, earthy/musty odorant-producers, and earthy-musty odorants, in Taiwan’s drinking water reservoirs. In addition, 2,4-diaminobutyric acid (DAB) and the gene expression of cylindrospermopsin-producers are included in the analysis, (2) to rountinely monitoring five drinking water reservoirs in Taiwan and four reservoirs in the offshore island, (3) to conduct emergency sampling for the episodes of cyanobacteria blooms, (4) to evaluate and establish the feasibility and planning of the image recognition system and database for cyanobacetria, (5) to revise the framework for the reservoir management authorities for the management of cyanobacteria and toxins, (6) to host a training workshop for detection and response of cyanotoxins.

In this project, monitoring of microcystins (MCs), cylindrospermopsin (CYN), geosmin, 2-MIB, saxitoxin, β-N-methylamino-L-alanine (BMAA), and 2,4-diaminobutyric acid (DAB) and their producing genes were conducted for 9 reservoirs in Taiwan and its two off-shore islands, Kinmen and Matsu. A total of 64 samples were collected and analyzed on-site for the studied reservoirs in Taiwan, while 60 samples from the two off-shore islands were collected by local water utilities and sent to National Cheng Kung University for analysis. The results show that two reservoirs in Taiwan main island, Ren-Yi-Tan Reservoir and A-Gong-Dian Reservoir, and one reservoir in the Matsu off-shore island, Shan- Li Reservoir, were found to have high concentration of 2-MIB. Additional treatment technologies are suggested for 2-MIB in drinking water.

For CYN, one water treatment plant (WTP) in Taiwan main island, Li-Yu-

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by New Zealand, suggesting that the health risk of saxitoxin in drinking water is low.

BMAA and DAB was detected in Bo-Hsan, Li-Yu-Tan, Lan-Tan, Ren-Yi- Tan, Chu-Suei-Wow, Shan-Li, Tai-Hu, and Rong-Hu Reservoirs and their WTPs.

Currently, no drinking water standard or guideline value is available for BMAA and DAB. As BMAA may cause amyotrophic lateral sclerosis/parkinsonism–

dementia complex or Alzheimer’s disease, more investigation of drinking water and sources is recommended.

For management and response strategy, the framework for the management of cyanobacteria and toxins in reservoirs for reservoir management authorities developed in 2018, was revised, based on the meeting with Southern Region Water Resource Office, Water Resource Agency on August 27^th, 2019. Finally, a training workshop for detection and response of cyanotoxins was held in Taipei on September 18^th, with 43 participants attending the workshop.

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結論與建議

一、結論

1. 本年度計畫除監測微囊藻毒素、柱孢藻毒素、土味及霉味物質等藻類代謝物及其產生基因、以及神經毒素 BMAA 及微囊藻產毒基因表現量外，

並增加神經毒素 DAB 及柱孢藻產毒基因表現量的監測。

2. 在水庫監測作業部分，本計畫分別於 3 月、5 月、8 月及 10 月份，共完成本島 5 座水庫及 5 座淨水場的定期監測。另，本計畫團隊於 4 月份及 9 月份分別前往金門及馬祖進行水庫及淨水場的現場監測，並從 5 月份開始，檢測金門及馬祖水庫的寄送水樣。本年度合計分析 64 個現場樣品及 60 個寄送樣品。

3. 本年監測數據顯示，嘉義仁義潭水庫、高雄阿公店水庫以及馬祖儲水沃水庫的取水口皆檢測到高濃度的 2-MIB (49 – 120 ng/L)。由於下游淨水廠多屬傳統處理程序，對霉味物質 2-MIB 去除效果不佳，且經前加氯程序後，會使細胞內 2-MIB 皆釋出至溶解態，增加處理困難度。因此，建議將前加氯的程序往後移、或是僅採用後加氯方式(例如路竹淨水場)，以提

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廠清水仍存有微量毒素，所幸濃度皆低於澳洲、紐西蘭等國家之規範值 (1 μg/L)，民眾用水安全無虞，但仍需加強注意水庫水體中柱孢藻的變化。

5. 馬祖勝利水庫及馬祖后沃水庫皆檢測出蛤蚌毒素(0.08 – 1.55 μg/L)，其中馬祖勝利水庫從 8 月份開始檢測到，其整體處理程序對於蛤蚌毒素去除率則分別為 48 – 92%，此濃度範圍雖遠低於紐西蘭等國家之規範值(3.0 μg/L)，然而，蛤蚌毒素的毒性相較於微囊藻毒素及柱孢藻毒素來的高，

因此仍須注意蛤蚌毒素濃度的變化。

6. 寶山水庫、鯉魚潭水庫、馬祖儲水沃水庫、馬祖勝利水庫、金門太湖水庫與金門榮湖水庫及其下游淨水廠皆檢測出 BMAA，由於 BMAA 被認為與引發肌萎縮性側索硬化症/帕金森氏症(ALS/PDC)或阿茲海默症有關，

因此建議需加強注意 BMAA 的濃度變化。目前國際上對於 BMAA 的標準仍無法規規範。

7. 在新增提升神經毒素 DAB 監測的部分，寶山水庫、鯉魚潭水庫、蘭潭水庫、仁義潭水庫、馬祖儲水沃水庫、馬祖勝利水庫、金門太湖水庫與金門榮湖水庫及其下游淨水廠則有發現 DAB 的存在，由於 DAB 與 BMAA 同屬於非合成蛋白質的胺基酸，亦被認為為神經毒素之一，因此DAB 也是需要關注的議題之一。目前國際上對於 DAB 的標準仍無法規規範。

8. 在產毒微囊藻基因表現量及產毒柱孢藻基因表現量的部分，馬祖儲水沃水庫、馬祖勝利水庫、金門太湖水庫及榮湖水庫等監測結果發現，微囊

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藻基因 mRNA 濃度介於 4.7×10¹ – 4.1×10³ copies/mL，柱孢藻毒素基因 mRNA 濃度則為 5.1×10¹ – 1.4×10³ copies/mL 的柱孢藻基因 mRNA 濃度，

顯示在採樣時(9 月份馬祖儲水沃水庫與勝利水庫、4 月份金門太湖水庫及榮湖水庫)，水體中微囊藻細胞的產毒基因具有活性，後續建議於監測計畫過程中持續收集更多的資料，以協助淨水單位從分子生物技術的結果，快速判定水體中微囊藻的危害風險。

9. 本計畫彙整歷年寶山、鯉魚潭、蘭潭、仁義潭、阿公店、馬祖儲水沃、馬祖勝利、金門太湖以及金門榮湖等水庫中主要藻類毒素以及 2-MIB 的變化，並由分子生物技術探討微囊藻及柱孢藻的生理特性，協助確認水體藻類產毒及產臭之潛勢，提供評估藻毒的危害風險的方法，顯示分子生物技術可提供之資訊應用。

10. 本年度共進行 5 次緊急採樣/加強監測工作，分別為 9 月份的直潭淨水場及馬祖后沃水庫；10 月份的中庄調整池、湖山水庫以及南化水庫。其中，

9 月份的馬祖后沃水庫存在有產毒微囊藻細胞、產臭柱孢藻細胞、產蛤蚌毒素基因數以及產 2-MIB 基因數，水體亦存在柱孢藻毒素、蛤蚌毒素及 2-MIB 問題。10 月份的中庄調整池及湖山水庫皆存在有產毒微囊藻細胞，

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濃度的 2-MIB (14.3 ng/L)。為避免民眾對用水安全產生疑慮，建議水場應採取適度處理，例如加強清水池的清洗、添加粉狀活性碳等，以避免 2- MIB 濃度的增加並提高 2-MIB 處理的效果。

11. 本計畫在初步完成『水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構』，並建置

『資料庫』工項上，提供未來系統建置之基礎。

12. 本計畫於 108 年 08 月 27 日拜訪/訪談中區水資源局，探討藻華事件發生時，其藻華判定、巡視周期、應變流程、通報水質基準、通報單位、以及應變方案(如水質檢測、水源調度)等，並就討論結果修正 107 年度擬的藻毒緊急事件應變作業流程草圖，以更符合需求。

13. 本年度藻毒檢驗技術培訓班於 108 年 09 月 18 日舉行，培訓地點為臺北自來水事業處直潭淨水場，課程包含現場採樣(含目視巡視)、講義課程、

及實作展示，對學員具有現場實作意義。教育訓練參與學員包括水利署相關組室、環保署環境檢驗所、北區水資源局、中區水資源局、南區水資源局、台灣自來水公司、臺北自來水事業處、苗栗農田水利會、嘉南農田水利會、台電大觀發電廠、澳洲阿德雷得大學以及成功大學。本次參加學員共 43 人。

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二、建議

1. 監測本島及離島淨水場發現，部分傳統淨水處理程序對於臭味物質之去除效果不佳，建議水場應採取適度處理，例如加強清水池的清洗、添加粉狀活性碳等，以避免2-MIB 濃度的增加並提高 2-MIB 處理的效果，保障民眾飲用水口感。

2. 本年度監測計畫仍有部份水庫發生區域性藻華，建議於藻類好發期季節 (5-10 月)對於高風險之水庫加強水庫巡視，以確保飲用水安全。後續並仍持續執行風險較高水庫之藻毒素及臭味之監測，以掌握水質狀況。

3. 由於辨識系統之正確性，有賴學習影像的輸入，因此，建議後續應增加學習資料庫之數量及正確性，以利優化工作之進行。

4. 為有效執行水庫藻毒事件的預警，建議各水庫管理單位應具備基本的監測設備，如光學顯微鏡、線上監測葉綠素a 等系統。

5. 因應各水庫通報及快速研判風險需要，後續建議應考慮開發線上通報等有效方式。

6. 培訓班的辦理可搭配課後意見回覆或滿意度調查，以回饋並提升培訓班

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圖目錄

圖 1-1 本年度工作項目構想圖 ... - 8 -

圖 2-1 總微囊藻基因細胞數雙重探針之檢量線圖 ... - 17 -

圖 2-2 產毒微囊藻基因細胞數雙重探針之檢量線圖 ... - 17 -

圖 2-3 總柱孢藻基因細胞數於兩種系統下之檢量線圖 ... - 18 -

圖 2-4 產毒柱孢藻基因細胞數雙重探針之檢量線圖 ... - 18 -

圖 2-5 單一目標物監測系統下產臭魚腥藻細胞數之檢量線圖 .... - 18 -

圖 2-6 單一目標物監測系統下產臭 2-MIB 目標基因數之檢量線圖 ... - 18 -

圖 2-7 單一目標物監測系統下產蛤蚌毒素基因數之檢量線圖 .... - 18 -

圖 2-8 單一目標物監測系統下產毒微囊藻 mRNA 濃度之檢量線圖 ... - 19 -

圖 2-9 單一目標物監測系統下產毒柱孢藻 mRNA 濃度之檢量線圖 ... - 20 -

圖 2-10 以 LC/MS/MS 分析 BMAA 及 DAB 之檢量線圖 ... - 22 -

圖 3-1 台灣水庫藍綠菌生長潛勢以及藻類毒素與臭味物質之風險 ... - 25 -

圖 3-2 寶山水庫(取水口)101 年度至 107 年度微囊藻及毒素濃度變化圖 ... - 29 -

圖 3-3 鯉魚潭水庫(取水口)101 年度至 107 年度微囊藻及毒素濃度變化圖 ... - 31 -

圖 3-4 鯉魚潭水庫(取水口)101 年度至 107 年度柱孢藻及毒素濃度變化圖 ... - 31 -

圖 3-5 蘭潭水庫(取水口)101 年度至 107 年度微囊藻及毒素濃度變化圖 ... - 33 -

圖 3-6 仁義潭水庫(取水口)102 年度至 107 年度微囊藻及毒素濃度變化圖 ... - 34 -

圖 3-7 阿公店水庫(取水口)101 年度至 107 年度微囊藻及毒素濃度變化圖 ... - 36 -

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圖 3-13 勝利水庫(取水口)104 年至 107 年度 2-MIB 之變化圖 ... - 40 - 圖 3-14 太湖水庫(取水口)107 年度微囊藻之變化圖 ... - 41 - 圖 3-15 太湖水庫(取水口)107 年度柱孢藻之變化圖 ... - 42 - 圖 3-16 太湖水庫(取水口)107 年度 2-MIB 之變化圖 ... - 42 - 圖 3-17 榮湖水庫(取水口)107 年度微囊藻之變化圖 ... - 43 - 圖 3-18 榮湖水庫(取水口)107 年度柱孢藻之變化圖 ... - 44 - 圖 3-19 榮湖水庫(取水口)107 年度 2-MIB 之變化圖 ... - 44 - 圖 3-20 現地藻體快速破壁技術(凍裂法)流程圖 ... - 49 - 圖 3-21 DNA/RNA 分離流程圖 ... - 50 - 圖 3-22 DNA 萃取流程圖 ... - 50 - 圖 3-23 RNA 萃取流程圖 ... - 50 - 圖 3-24 樣品 BMAA 與 DAB 之固相萃取步驟 ... - 52 - 圖 3-25 酵素連結免疫吸附法之微囊藻毒素檢量線圖 ... - 55 - 圖 3-26 酵素連結免疫吸附法之柱孢藻毒素檢量線圖 ... - 55 - 圖 3-27 酵素連結免疫吸附法之蛤蚌毒素檢量線圖 ... - 55 - 圖 3-28 qPCR 法與顯微鏡計數結果之相關性 ... - 60 - 圖 3-29 qPCR 法與 GC/MS 結果之相關性 ... - 60 - 圖 3-30 qPCR 法與 ELISA 結果之相關性 ... - 60 - 圖 3-31 寶山水庫採樣點示意圖 ... - 70 - 圖 3-32 寶山水庫(取水口)101 至 108 年度微囊藻之變化圖 ... - 70 - 圖 3-33 鯉魚潭水庫採樣點示意圖 ... - 78 - 圖 3-34 鯉魚潭水庫(取水口)101 年至 108 年度微囊藻之變化圖 - 79 - 圖 3-35 鯉魚潭水庫(取水口) 101 年至 108 年度柱孢藻之變化圖- 79 - 圖 3-36 蘭潭水庫採樣點示意圖 ... - 86 - 圖 3-37 蘭潭水庫(取水口)101 年至 108 年度微囊藻之變化圖 .... - 87 - 圖 3-38 仁義潭水庫採樣點示意圖 ... - 95 - 圖 3-39 仁義潭水庫(取水口)102 年至 108 年度微囊藻之變化圖 - 96 - 圖 3-40 仁義潭水庫(取水口)102 年至 108 年度 2-MIB 之變化圖 - 96 - 圖 3-41 阿公店水庫採樣點示意圖 ... - 105 - 圖 3-42 阿公店水庫(取水口)101 年至 108 年度微囊藻之變化圖 ... - 106 - 圖 3-43 阿公店水庫(取水口)101 年至 108 年度柱孢藻之變化圖 ... - 106 - 圖 3-44 阿公店水庫(取水口)101 年至 108 年度 2-MIB 之變化圖 ... - 107 - 圖 3-45 馬祖儲水沃水庫採樣點示意圖 ... - 114 - 圖 3-46 儲水沃水庫(取水口)102 年至 108 年度微囊藻之變化圖- 115 -

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圖 3-47 馬祖勝利水庫採樣點示意圖 ... - 126 - 圖 3-48 勝利水庫(取水口)104 年至 108 年度微囊藻之變化圖 .. - 127 - 圖 3-49 勝利水庫(取水口)104 年至 108 年度柱孢藻之變化圖 .. - 128 - 圖 3-50 勝利水庫(取水口)104 年至 108 年度 2-MIB 之變化圖 . - 129 - 圖 3-51 金門太湖水庫採樣點示意圖 ... - 139 - 圖 3-52 太湖水庫(取水口)106 年至 108 年度微囊藻之變化圖 .. - 140 - 圖 3-53 太湖水庫(取水口)106 年至 108 年度柱孢藻之變化圖 .. - 140 - 圖 3-54 太湖水庫(取水口)106 年至 108 年度 2-MIB 之變化圖 . - 141 - 圖 3-55 金門榮湖水庫採樣點示意圖 ... - 151 - 圖 3-56 榮湖水庫(取水口)106 年至 108 年度微囊藻之變化圖 .. - 151 - 圖 3-57 榮湖水庫(取水口)106 年至 108 年度柱孢藻之變化圖 .. - 152 - 圖 3-58 榮湖水庫(取水口)106 年至 108 年度 2-MIB 之變化圖 . - 152 - 圖 3-59 蘭潭水庫、蘭潭淨水場及公園淨水場 5-10 月份 DAB 分布圖 ... - 159 - 圖 3-60 寶山水庫、鯉魚潭水庫及淨水廠 5-10 月份 DAB 分布圖 ... - 160 - 圖 3-61 馬祖儲水沃水庫、勝利水庫及淨水廠 5-10 月份 BMAA 分布圖 ... - 161 - 圖 3-62 馬祖儲水沃水庫、勝利水庫及淨水廠 5-10 月份 DAB 分布圖 ... - 161 - 圖 3-63 金門太湖水庫、榮湖水庫及淨水廠 3-10 月份 BMAA 分布圖 ... - 163 - 圖 3-64 金門太湖水庫、榮湖水庫及淨水廠 3-10 月份 DAB 分布圖 ... - 163 - 圖 4-1 移動式監測實驗室緊急採樣建議通報程序 ... - 173 - 圖 4-2 水庫藻華事件緊急採樣通報系統之群組 ... - 174 - 圖 4-3 后沃水庫之採樣位置圖 ... - 180 - 圖 4-4 中庄調整池採樣過程 ... - 185 - 圖 4-5 湖山水庫採樣過程 ... - 190 - 圖 5-1 水庫有害藻類智慧辨識系統與資料庫整合架構 ... - 199 - 圖 5-2 CNN 分析之示意圖 ... - 200 -

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圖 5-10 柱孢藻(Cylindrospermopsis)測試影像 ... - 205 - 圖 5-11 平裂藻(Merismopedia)測試影像 ... - 206 - 圖 5-12 微囊藻(Microcystis)測試影像 ... - 206 - 圖 5-13 顫藻(Oscillatoria)測試影像 ... - 206 - 圖 5-14 擬魚腥藻(Pseudanabaena)測試影像 ... - 207 - 圖 5-15 非目標藻種之測試影像 ... - 207 - 圖 5-16 關聯式資料庫示意圖 ... - 208 - 圖 5-17 藻類影像上傳及資料簡介界面 ... - 209 - 圖 5-18 藻目錄及相關介紹 ... - 210 - 圖 5-19 辨識或預覽圖鑑 ... - 210 - 圖 6-1 藻毒緊急事件應變作業流程草圖(107 年度修正版) ... - 212 - 圖 6-2 108 年 08 月 27 日於中水局進行的訪談過程 ... - 214 - 圖 6-3 108 年 08 月 27 日於中水局進行訪談的討論情況 ... - 214 - 圖 6-4 藻毒緊急事件應變作業流程草圖(本年度修正版) ... - 215 - 圖 6-5 因應青潭堰水源土霉味物質去除標準作業程序 ... - 217 - 圖 6-6 比較藻細胞當量與基因當量方法推估藻毒素風險結果 .. - 220 - 圖 6-7 水庫藍綠菌及毒素管理架構 (世界衛生組織) ... - 221 - 圖 7-1 經濟部水利署保育事業組郭萬木科長開幕致詞 ... - 225 - 圖 7-2 本計畫團隊主持人為教育訓練開幕致詞 ... - 225 - 圖 7-3 臺北自來水事業處直潭淨水場林河山廠長開幕致詞 ... - 226 - 圖 7-4 本計畫團隊主持人林財富教授授課情形 ... - 226 - 圖 7-5 澳洲阿德雷得大學 Michael Burch 教授授課情形 ... - 227 - 圖 7-6 臺北自來水事業處淨水科薛志宏科長授課情形 ... - 227 - 圖 7-7 台灣自來水公司水質處李貞慧組長授課情形 ... - 228 - 圖 7-8 藻毒檢驗技術培訓班現場與會實作情形 ... - 228 - 圖 7-9 本年度藻毒檢驗技術培訓班與會人員大合照 ... - 229 -

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表目錄

表 1-1 歷年的重要工作項目及成果 ... - 13 - 表 3-1 103-108 年全台 25 座主要水庫藍綠菌生長潛勢分析 ... - 26 - 表 3-2 103-108 年離島地區 28 座水庫藍綠菌生長潛勢分析 ... - 27 - 表 3-3 台灣水庫藍綠菌、毒素與臭味出現情形彙整表 ... - 47 - 表 3-4 本計畫監測水庫與時間規劃 ... - 48 - 表 3-5 各項建議參考標準值之數值與來源 ... - 63 - 表 3-6 本島各水庫檢測時間及其藻類優勢種 ... - 63 - 表 3-7 離島各水庫檢測時間及其藻類優勢種 ... - 64 - 表 3-8 寶山水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 ... - 70 - 表 3-9 108 年 05 月 20 日寶山水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 71 - 表 3-10 108 年 08 月 27 日寶山水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 72 - 表 3-11 108 年 10 月 17 日寶山水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 73 - 表 3-12 鯉魚潭水庫 102 年度單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 .. - 78 - 表 3-13 108 年 05 月 24 日鯉魚潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 80 - 表 3-14 108 年 08 月 27 日鯉魚潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 81 - 表 3-15 108 年 10 月 17 日鯉魚潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 82 - 表 3-16 蘭潭水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 ... - 86 - 表 3-17 108 年 03 月 25 日蘭潭水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 88 - 表 3-18 108 年 05 月 28 日蘭潭水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 89 - 表 3-19 108 年 08 月 30 日蘭潭水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 90 - 表 3-20 108 年 10 月 18 日蘭潭水庫及下游淨水場之監測結果 .... - 91 - 表 3-21 仁義潭水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 ... - 95 - 表 3-22 108 年 03 月 25 日仁義潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 97 - 表 3-23 108 年 05 月 28 日仁義潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 98 - 表 3-24 108 年 08 月 30 日仁義潭水庫及下游淨水場之監測結果 - 99 - 表 3-25 108 年 10 月 18 日仁義潭水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 100 - 表 3-26 阿公店水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 .... - 105 -

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表 3-31 108 年 05 月 29 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 116 - 表 3-32 108 年 06 月 28 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 117 - 表 3-33 108 年 07 月 29 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 118 - 表 3-34 108 年 08 月 26 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 119 - 表 3-35 108 年 09 月 20 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 120 - 表 3-36 108 年 10 月 07 日馬祖儲水沃水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 121 - 表 3-37 馬祖勝利水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 - 126 - 表 3-38 108 年 05 月 29 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 130 - 表 3-39 108 年 06 月 28 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 131 - 表 3-40 108 年 07 月 29 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 132 - 表 3-41 108 年 08 月 26 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 133 - 表 3-42 108 年 09 月 20 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 134 - 表 3-43 108 年 10 月 07 日馬祖勝利水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 135 - 表 3-44 金門太湖水庫水體中單一產微囊藻毒素細胞之產毒量 - 140 - 表 3-45 108 年 04 月 11 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 142 - 表 3-46 108 年 05 月 17 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 143 - 表 3-47 108 年 06 月 13 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 144 - 表 3-48 108 年 07 月 11 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 145 - 表 3-49 108 年 08 月 07 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 146 - 表 3-50 108 年 09 月 09 日金門太湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 147 - 表 3-51 108 年 04 月 11 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 153 -

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表 3-52 108 年 05 月 17 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 154 - 表 3-53 108 年 06 月 13 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 155 - 表 3-54 108 年 07 月 11 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 156 - 表 3-55 108 年 08 月 07 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 157 - 表 3-56 108 年 09 月 09 日金門榮湖水庫及下游淨水場之監測結果 ... - 158 - 表 3-57 BMAA 及 DAB 於台灣本島及離島地區湖庫/淨水廠分布之情形 ... - 164 - 表 3-58 本島主要 5 座水庫之監測結果彙整 ... - 167 - 表 3-59 馬祖地區主要 2 座水庫之監測結果彙整 ... - 168 - 表 3-60 金門地區太湖水庫之監測結果彙整 ... - 169 - 表 3-61 金門地區榮湖水庫之監測結果彙整 ... - 170 - 表 4-1 民生用水水庫可疑藻華及微生物污染事件通報單建議格式 ... - 172 - 表 4-2 直潭淨水場加強監測採樣之分析結果 ... - 178 - 表 4-3 馬祖后沃水庫加強監測之分析結果 ... - 183 - 表 4-4 中庄調整池加強監測之分析結果 ... - 188 - 表 4-5 湖山水庫及下游淨水場加強監測之分析結果 ... - 193 - 表 4-6 南化水庫加強監測之分析結果 ... - 197 - 表 5-1 修正 VGG16 訓練模式架構資訊 ... - 201 - 表 6-1 菲律賓貝湖 108 個分析基因當量推估風險結果 ... - 219 - 表 6-2 分析方法造價、功能效益之比較表 ... - 220 - 表 7-1 民生用水水庫管理單位及淨水場-藻毒檢驗技術培訓班議程 ... - 224 -

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第1章前言

1-1 計畫緣起

水庫是台灣公共給水系統中最重要的水源，然而因天然環境的因素以及集水區內人為的活動，使水庫持續有營養鹽入流，增加水庫水中營養鹽的濃度，再加上氣候變遷的影響，使得藻類在多座水庫中大量生長，增加藍綠菌(或稱藍綠藻)毒素及臭味生成的風險，影響公共給水的安全與品質。

由於民眾生活水準的提升及對人體健康議題的關切，因此國內水源中藻類毒素及臭味物質，常會引起民眾對安全用水的疑慮、且是媒體報導的主要焦點。

台灣部分水庫水源中存在著藻類代謝物，包括毒素與臭味問題。隨著環境條件的變動，某些季節水中藻類毒素濃度，甚至會超過世界衛生組織 (World Health Organization, WHO)所規範的濃度指引值(Microcystin-LR = 1 μg /L)，外島地區問題更為嚴重，相同季節中平均微囊藻毒素(Microcystins, MCs)濃度約為台灣本島的5至8倍，柱孢藻毒素(Cylindrospermopsin, CYN)濃度更超過百倍(林與吳, 2009, 2010, 2011；林等人, 2012, 2013, 2018；林與曾, 2005, 2006, 2007；林與顏, 2014, 2015, 2016, 2017)。除了微囊藻毒素和柱孢藻毒素等傳統藻毒素外(Krüger et al., 2010)，近年來，被認為與引發肌萎縮性側索硬化症/帕金森氏症(Amyotrophic lateral sclerosis/Parkinson–dementia complex, ALS/PDC)或阿茲海默症(Cox et al., 2003)有關的新型神經性藻毒素，

如β-甲氨基-L-丙氨酸(β-N-methylamino-L-alanine, BMAA)以及2,4-二氨基丁酸(2,4-diaminobutyric acid, DAB)，也逐漸引起研究學者們的注意(Cox et al., 2003)。另一方面，台灣也有多座水庫常出現土霉味物質，尤其是2-methyl isoborneol (2-MIB)，造成自來水出水有霉味問題，常引起民眾對水質的抱怨

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(林與顏, 2014, 2015, 2016, 2017)。因此，對於藍綠菌、毒素及臭味物質之監測、及控制與處理，為台灣公共給水的重要議題。

經濟部水利署於98年至107年，陸續辦理有害藻類的相關計畫。從研發與建立水源產毒藻類與有害微生物的快速分析技術(MOEAWRA0990094)，

進而將技術與設備模組機動化，以移動式載具為基礎，結合光學、化學、分子生物監測設備，開發現場監測水中有害藍綠菌及其代謝物之方法 (MOEAWRA0990433)。而後，定期辦理水庫現場藻類監測與應變諮詢，製作藻華應變文宣(MOEAWRA1010222)及水庫有害藻類現場監測指引手冊 (MOEAWRA1070341)，於離島地區進行藻華高司演練(MOEAWRA1010222)，

辦理多場教育訓練、技術轉移訓練班及藻毒檢驗技術培訓班 (MOEAWRA1030051, MOEAWRA1040257, MOEAWRA1050321, MOEAWRA1060048與MOEAWRA1070341)，提升水庫人員應變能力，提供水庫管理單位了解有害藻類發生的風險性；並在每年的監測計畫中，持續針對檢測技術進行提升，包含雙重探針的應用(MOEAWRA1020152)、增加蛤蚌毒素(Saxitoxin, SAT)的監測(MOEAWRA1060048)以及增加神經毒素 BMAA的監測(MOEAWRA1070341)等，提供有害藻類及毒素事件處理技術諮詢及分析，並協助水庫管理單位對於藻華發生時之因應對策 (MOEAWRA1030051, MOEAWRA1040257與MOEAWRA1070341)；同時，

加入台灣水庫及公共給水系統常見的柱孢藻毒素 (CYN) (MOEAWRA1020152)、霉味物質2-MIB (MOEAWRA1030051)以及蛤蚌毒素

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國內水庫藻華及毒素監測歷經數年之發展，技術已顯著提升，惟每年仍有數次藻華事件發生。鑒於經濟部水利署、自來水事業單位轄下水庫水源眾多，且地區分散，若將樣品運送至分析單位，運輸及分析耗時久，對於水庫管理診斷藻華緩不濟急。因此，可以看出發展及應用有害藻類之快速監測技術，對於以水庫為主要水源之我國，具有其重要性。隨著分子生物技術的快速發展，已可藉由監測水體中微生物之核醣體上的基因段(16S rRNA)與產毒或產臭的功能基因段(Functional gene)，以推估微生物於水體中總量以及具有產毒或產臭功能之微生物量。因此若結合即時定量聚合酵素鏈鎖反應(Real time polymerase chain reaction, qPCR)，找出藻類代謝物與基因量、藍綠菌細胞數間之關係，將可大幅提高藻類計數之時效性(Chiu et al., 2017；Chiu et al., 2016；Tsao et al., 2014)，並解決傳統分析方法的缺點，

如(1)耗費時間；(2)無法清楚分類藻種；以及(3)無法利用肉眼判斷藻種具有之產毒或產臭功能等。

本團隊(林與吳, 2010, 2011；林等人, 2012, 2013；林與顏, 2014, 2015, 2016, 2017)應用qPCR分子生物技術，於水庫現場進行包括產微囊藻毒素 (MCs)、產柱孢藻毒素(CYN)、產蛤蚌毒素(SAT)、產土臭味物質(Geosmin) 以及產霉味物質(2-MIB)等藍綠菌，進行基因抽取及定量監測之分析，研究中證明所開發出之現場技術，可以在現場採完樣品後，2-3小時內完成32-96 個定量樣品分析，確認水庫水中產毒與產臭毒基因的含量，其偵測極限約在50 cells/mL左右。該技術並配合移動式監測平台，可以利用光學、免疫學方法與分子生物法，於採樣現場分析印證，相較於傳統目視巡視、及顯微鏡鏡檢，具有快速、準確的優勢。該技術並已應用於全台灣29座本島及離島水庫、以及相關水廠監測工作，有效提升對藻華監測之時效性。雖然監測DNA具有定量水庫中藻類產毒或產臭潛勢之應用價值，但對於水體中正

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在製造毒素與臭味物質之藻類則仍無法掌握。由於mRNA是合成毒素或臭味物質過程中必要的產物，因此監測毒素相關mRNA，可幫助了解水體中正在製造毒素的藻類，以進一步掌握水庫中藻類產毒之情形。本團隊於107年度計畫中檢測出太湖水庫中存在的微囊藻細胞正在進行產毒工作 (MOEAWRA1070341)，建議於監測計畫過程中持續收集更多的資料，以協助淨水單位從分子生物技術的結果，快速判定水體中微囊藻毒素的危害風險。

在歷年間檢測結果顯示，本島地區則包括寶山、鯉魚潭水庫、蘭潭及仁義潭水庫有小區域性藻華，離島水庫也發現有較多水庫發生藻華；後續針對藻華水源，均進行淨水場清水之樣品採集與分析，所幸均遠低於建議值，

此結果雖顯示供水安全無虞，但水源仍存有藻毒之風險。此外，本島也發現數座水庫有2-MIB的問題。另外，新興毒素BMAA常於藻細胞或環境樣品中被檢測出(Krüger et al., 2010；Chatziefthimiou et al., 2016)，且本團隊在部分湖庫、淨水廠原水及清水中亦檢測出BMAA之存在(MOEAWRA1070341)，

研究顯示台灣本島及離島水庫中存在著BMAA的風險，恐對民眾的飲用水安全造成威脅。整體而言，離島地區水庫藻華及藻類毒素相對較本島嚴重，

馬祖地區也有2-MIB濃度過高的問題，因此為確保飲用水安全，持續監測及追蹤是有其必要性。

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1-2 計畫目標

為持續掌握水源藻類的問題並確保公共給水的安全，本年度經濟部水利署計畫工作包括：提升藻類代謝物監測技術：增加神經毒素DAB 的監測以及柱孢藻毒素基因表現的監測；定期監測水庫有害藻類、毒素、及臭味與控制技術評估支援，以及 5 次緊急或加強監測作業支援；水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構規劃，並建置資料庫；本署(經濟部水利署)各水資源局管理之水庫有害藻類疑慮事件應變計畫之藻毒管理及應變相關作業提供諮詢；以及辦理1 次藻毒檢驗技術培訓班。

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1-3 計畫範圍

本研究計畫主要涵蓋了資訊收集、分析技術應用(環境監測)、分析技術提升、水庫藻類緊急事件之支援、應變諮詢與評析及技術轉移等層面。除了收集國內外之文獻，也將先前已建立之分析技術，結合有害藻類毒素及臭味監測與控制技術支援中心(站)概念，應用於本島及離島水庫，分析技術及內容包含水質分析(總氮、總磷、氨氮、溫度、pH、濁度、導電度)、酵素免疫分析(微囊藻毒素、柱孢藻毒素、蛤蚌毒素)、分子生物分析(總微囊藻基因、產毒微囊藻基因、總柱孢藻基因、產毒柱孢藻基因、產 Geosmin 魚腥藻基因、產2-MIB 藍綠菌基因、產蛤蚌毒素之藍綠菌基因、微囊藻毒素基因表現、柱孢藻毒素基因表現 (108 年度新增))、液相層析串聯質譜儀 (LC/MS/MS)化學分析(神經毒素 BMAA、DAB(108 年度新增))、氣相層析質譜儀(GC/MS)化學分析(臭味物質 2-MIB、Geosmin、β-cyclocitral)、藻類鑑種及計數等，以確保民眾飲用水之安全。對於有藻類相關問題之本島及離島水庫亦提供問題諮詢，當有健康風險疑慮時亦提供緊急採樣及分析，並將本研究團隊所建立之藻毒檢驗技術及資訊，將利用教育訓練的方式轉移

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1-4 工作項目

1. 提升藻類代謝物監測技術：增加神經毒素 DAB 的監測以及柱孢藻毒素基因表現的監測。

2. 定期監測水庫有害藻類、毒素、及臭味與控制技術評估支援。

3. 緊急或加強監測作業支援(共 5 次)。

4. 水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構規劃，並建置資料庫。

5. 本署各水資源局管理之水庫有害藻類疑慮事件應變計畫之藻毒管理及應變相關作業提供諮詢。

6. 辦理 1 次藻毒檢驗技術培訓班(至少 20 人次)。

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1-5 工作構想

本計畫將1-4 節所列工作項目，整合各項目執行構想如圖 1-1 所示。

傳統生物技術

1. 顯微鏡鏡檢 2. 藻類計數

環境因子量測

1. 現地多參數水質監測系統

2. 分光光度計

ELISA

1. 微囊藻毒素 2. 柱孢藻毒素 3. 蛤蚌毒素

LC/MS/MS

1. 神經毒素BMAA 2. 神經毒素DAB

分子生物技術

1. 產毒微囊藻基因 2. 產毒柱胞藻基因 3. 產Geosmin基因 4. 產2-MIB基因 5. 產蛤蚌毒素基因 6. 微囊藻毒素基因表現量 7. 柱孢藻毒素基因表現量

水庫有害藻類智慧辨識系統可行性及架構規

劃，並建置資料庫

工作項目

1

工作項目

4

工作項目

5

定期監測水庫有害藻類、毒素、

及臭味與控制技術評估支援

工作項目

3

工作項目

2

辦理1 次藻毒檢驗技術培訓班工作項目

6

本署各水資源局管理之水庫有害藻類疑慮事件應變計畫之藻毒管

理及應變相關作業提供諮詢

緊急或加強監測作業支援

(36)

1-6 歷年成果

國內水庫藻華及毒素快速監測技術，經數年之發展，技術已顯著提升。

但由於水庫為國內公共給水最重要水源，且每年仍持續有藻華發生，因此發展及應用有害藻類及臭味物質之快速監測技術，對於國內水庫水源具有重要性。

隨著分子生物技術的快速發展，已可藉由監測水體中微生物之核醣體上的基因段(16S rRNA)與產毒或產臭功能的基因段，以推估微生物於水體中總量以及具有產毒或產臭功能之微生物量。因此若結合即時定量qPCR，

找出藻類代謝物與基因量、藍綠菌數間之關係，將可大幅縮減藻類計數之時效性(Chiu et al., 2017；Chiu et al., 2016；Tsao et al., 2014)。基於此，qPCR 的發展可解決傳統分析方法的缺點，如(1)耗費時間；(2)無法清楚分類藻種；

以及(3)無法利用肉眼判斷藻種具有之功能等。

本團隊(林與吳, 2010, 2011；林等人, 2012, 2013；林與顏, 2014, 2015, 2016, 2017)應用qPCR分子生物技術，開發、建立於水庫現場進行基因抽取及定量監測之分析，包括產微囊藻毒素、產柱孢藻毒素、產蛤蚌毒素、產 Geosmin物質以及產2-MIB物質等藍綠菌，研究中證明所開發出之現場技術，

可以在現場採完樣品後，2-3小時內完成32-96個定量樣品分析，確認水庫水中產毒與產臭毒基因的含量，其偵測極限約在50 cells/mL左右。若考慮全數產毒基因均表現(即均會產生毒素)，則水中達5,000 cells/mL時，即相當於世

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界衛生組織自來水微囊藻毒素建議之限值(1 μg/L)，因此在此分子生物監控技術下，便可爭取到約10天的應變期或觀察期。相較於傳統目視巡視，待水中藻斑點出現(通常水中藻類數目已達1-5×10⁴ cells/mL之微囊藻等級)，其敏感度高出數十倍以上，應變時間也多出一周，因此具有推廣之潛力，目前該技術除用於台灣外，也應用於包括菲律賓貝湖、以及中國大陸太湖等水體之監測。

102至107年度計畫中，應用成功開發出之現場技術，針對台灣地區以及離島地區(馬祖及金門)進行例行性監測與緊急採樣。檢測結果顯示離島地區水庫藻華及藻類毒素較為嚴重，本島地區的寶山、蘭潭以及仁義潭水庫皆有(小面積)藻華狀況，鯉魚潭及阿公店水庫則有柱孢藻毒素的風險，所幸所有後續採集淨水場之清水樣品均遠低於建議值，雖顯示供水仍是安全、

但水源仍存有藻毒之風險。此外，本島及離島監測水庫中，有多座具有2- MIB問題，因此亦須考量此口感性物質之處理。本計畫持續彙整歷年寶山、

鯉魚潭、蘭潭、仁義潭、阿公店、馬祖儲水沃、馬祖勝利、金門太湖以及金門榮湖等水庫中主要藻類毒素以及2-MIB的變化，並由分子生物技術探討微

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水庫主要藻華問題，提出改善建議、及提供藻毒管理與應變諮詢(當水庫管理單位或淨水場發生藻毒或藻臭給予協助)；同時，協助各水資源局水庫各類水質疑慮事件彙整詳細之應變計畫與臨時供水措施，於106年度與南水局、

台灣自來水公司總處以及第七區管理處進行水庫藻毒應變訪談與經驗交流，

統整出藻毒應變流程草圖，並於107年度與北水局進行訪談，修正106年度的藻毒應變流程草圖，以更符合需求。

除了長期監測有害藻類及其代謝物之風險外，為推廣計畫發展之藻類及毒素監測技術，以及提昇水庫及水廠管理與操作人員快速監測與應變概念，本團隊從103至107年度間，長期針對水庫管理、供水、及環保等單位工作人員舉辦技術轉移訓練課程，以提升水庫管理與應變能力為主，包含有害藻類、毒素及臭味等代謝物基礎概念、監測與應變方法、以及移動實驗室應用及展示，以提升民生用水水庫管理單位及淨水場人員，面對藻類毒素及有害微生物問題時之應變能力。

另，在 106 年度的計畫中，進行探討水庫原水中氧化劑對有害藻及其代謝物之控制成效，選擇蘭潭水庫之藻華水體，藉由細胞完整性之動力學模擬，可合理量化預測細胞受破壞及微囊藻毒素釋出之情形，進一步探討微囊藻毒素在此系統中氧化反應之降解，可以準確預測系統中藻類代謝物之分布情形，對於淨水程序藻類控制及水處理相關應用，具有參考價值。

該年度並完成編纂17 種本土常見的有害藻類圖鑑，主要有微囊藻、柱孢藻、

(39)

魚腥藻、擬魚腥藻、束絲藻等，可增加現場鏡檢人員之藻類辨識度。而在 107 年度的計畫中，持續更新 106 年度建置之常見有害藻類圖鑑，從原本水庫出現頻率高於48%的藻類，進而擴展至出現頻率為 20-47%的 12 種藻種，

並將建置好的常見藻類圖鑑納入同年度的「藻類現場監測指引手冊」中，

以更有效增加此圖鑑的應用性。

(40)

表 1-1 歷年的重要工作項目及成果執行

年度計畫編號重要成果

98 99

MOEAWRA0980290 MOEAWRA0990094

 研發與建立水源產毒藻類與有害微生物的快速分析技術

 針對各民生用水水庫，提出自主性管理之相關建議與預警指引

100 MOEAWRA1000433  技術與設備模組機動化，以移動式載具為基礎，結合光學、化學、分子生物監測設備，開發現場監測水中有害藍綠菌及其代謝物之方法

101 MOEAWRA1010222  針對台灣地區進行現場例行性監測，並提供應變諮詢

 製作藻華應變文宣

 於離島地區進行藻華高司演練，以提升水庫人員應變能力

102 MOEAWRA1020152  應用雙重探針及指標菌 Taqman 分析技術，有效提升分析速度及精確度

 協助馬祖淨水場建立藻類毒素 ELISA 快速分析技術

 針對台灣地區進行現場例行性監測 103

104

MOEAWRA1030051 MOEAWRA1060048

 針對台灣地區及離島地區進行現場例行性監測，協助確認水體藻類產毒及產臭之潛勢，提供評估藻毒的危害風險的方法

 協助水庫管理單位對於藻華發生時之因應對策

 技術提升：霉味物質 2-MIB 及微囊藻 mRNA 的檢測技術

 辦理教育訓練，提供水庫管理單位了解有害藻類發生的風險性

105 MOEAWRA1050321  針對台灣地區及離島地區進行現場例行性監測

 完成分析全國 54 座水庫之藍綠菌生長潛勢、毒素及臭味風險評析

 收集國內外水庫及水廠藻類、毒素及臭味監測及控制技術

 持續辦理教育訓練

106 MOEAWRA1060048  針對台灣地區及離島地區進行現場例行性監測

 技術提升：蛤蚌毒素的基因檢測

 探討水庫原水中氧化劑對有害藻及其代謝物之控制成效

 進行水庫藻毒應變訪談與經驗交流，統整出藻毒應變流程草圖

 完成編纂 17 種本土常見的有害藻類圖鑑

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表 1-1 歷年的重要工作項目及成果 (續) 執行

年度計畫編號重要成果

107 MOEAWRA1070341  針對台灣地區及離島地區進行現場例行性監

測

 技術提升：神經毒素 BMAA 的監測以及微囊藻毒素基因表現的監測

 研擬水庫有害藻類現場監測指引手冊

 進行水庫藻毒應變訪談與經驗交流，修正 106 年度藻毒應變流程草圖

 收集國內外水庫及水廠藻類、毒素及臭味監測及控制技術

 新增編纂 12 種本土常見的藻類圖鑑

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第2章提升藻類代謝物監測技術

本年度計畫除了監測微囊藻毒素、柱孢藻毒素、蛤蚌毒素、土味及霉味物質等藻類代謝物及其產生基因、神經毒素BMAA、以及微囊藻毒素基因表現外，並增加神經毒素DAB 的監測以及柱孢藻毒素基因表現的監測。

本研究團隊過去已成功開發多種分子生物基因即時定量之技術，針對總微囊藻(Total Microcystis)基因、產毒微囊藻(Toxigenic Microcystis)基因、

總柱孢藻(Total Cylindrospermopsis)基因、產毒柱孢藻(Cylindrospermopsin- producing)基因、產蛤蚌毒素(Saxitoxin-producing)基因、產臭(Geosmin)魚腥藻基因、及產臭霉味(2-MIB-producing)基因等，進行監測及分析。同時，搭配現地螢光水質分析儀(IVF)、藻類顯微鏡鏡檢技術、氣相層析質譜儀 (GC/MS)以及酵素連結免疫吸附分析方法(ELISA)等分析方法，監測內容包括藻類種類及數量、臭味物質濃度以及藻類毒素濃度等。

本團隊於過去數年間的監測結果發現，化學分析及分子生物分析結果有很好的相關性(Chiu et al., 2017, Chiu et al., 2016)，顯示本團隊開發之技術有良好的穩定性，因此於本計畫中將持續針對目標基因進行監測，並進一步驗證與綜合評估監測水體的危害風險，快速鑒別與釐清水體中存在的藻體是否具有產毒或產臭潛勢。然而，毒素及臭味物質屬於二次代謝物，即在藻體內非生長所必需的，只有在特殊環境或條件下才會誘發藻體生產二次代謝物，而目前學術上仍無法明確得知誘發藻體產毒或產臭的因素

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(Carmichael, 1986；DeMott et al., 1991；Carmichael, 1992)，因此 DNA 的監測技術僅能快速鑒別與釐清藻體是否具有產毒或產臭潛勢，若為了解藻體是否正在進行產毒或是產臭的工作則需進行mRNA 表現量的監測。

另，被認為與引發肌萎縮性側索硬化症/帕金森氏症(ALS/PDC)或阿茲海默症(Cox et al., 2003)有關的新型神經毒素 BMAA 及 DAB，在飲用水體的分布及危害風險，也是近年來國際研究上關注的議題之一。因此本年度除了 106 年度開始監測的 BMAA 外，將增加 DAB 的監測，以了解台灣水體中BMAA 以及 DAB 的危害風險。

以下將分別說明技術現況(目標 DNA 的監測技術)及技術之提升(柱孢藻毒素RNA 的表現量以及神經毒素 DAB 的監測)。

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2-1 水庫目標 DNA 基因分析技術

本團隊分別利用具產毒能力之微囊藻(Microcystis aeruginosa PCC7820)、

具產毒能力之拉氏柱孢藻(Cylindrospermopsis raciborskii)、具產 Geosmin 能力之卷曲魚腥藻(Anabaena circinalis) 、具產 2-MIB 能力之擬魚腥藻 (Pseudanabaena galeata)以及具產蛤蚌毒素之束絲藻(Aphanizomenon gracile) 等標準藻株之 DNA 作為標準目標基因區段，以進行目標基因之檢量線製作，如圖 2-1 至圖 2-7 所示，顯示引子及探針皆可供後續之應用。目前此技術已廣泛應用本研究之於環境樣品監測中。

圖 2-1 總微囊藻基因細胞數雙重探針之檢量線圖

圖 2-2 產毒微囊藻基因細胞數雙重探針之檢量線圖

0 5 10 15 20 25 30 35 40

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹ 單一目標物監測系統

(只有總微囊藻基因) 雙重探針監測系統

(總微囊藻基因+產毒微囊藻基因) y = 44.293 - 3.613 log(x) R²= 0.998 y = 42.628 - 3.477 log(x) R²= 0.998

Ct values

Copy number of 16S rRNA gene, copies reaction^-1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸ 10⁹ 單一目標物監測系統

(只有產毒微囊藻基因) 雙重探針監測系統

(總微囊藻基因+產毒微囊藻基因) y = 43.140 - 3.518 log(x) R²= 0.998 y = 43.307 - 3.564 log(x) R²= 0.996

Ct values

Copy number of mcyB gene, copies reaction^-1

水庫有毒藻類監測及智慧辨識技術初期研究