（利用藍細菌反應器處理廚餘廢水）

國立台東大學生命科學所 碩士論文

指導教授：李炎 博士

（利用藍細菌反應器處理廚餘廢水）

Use Cyanobacteria Bio-reactor to Treat Food Waste Sewage

研 究 生： 李智翔 撰 中 華 民 國 九 十 八 年 七 月

封面（可直接套用）

謝誌

首先感謝恩師李炎老師這幾年來的悉心指導，老師體諒我是在職 進修的學生，給予更多的指導與耐心，經過了多年的努力及老師的諄 諄教誨，終於寫出了自己的畢業論文。

論文口試期間，承蒙蘇德銓老師、許振宏老師等考試委員提出許 多寶貴意見，使本論文更趨完善，僅致最誠摯的謝意。感謝賴由美養 豬場提供本實驗 Gastec GV-100 檢知器及部分檢知管。

我非常感謝深愛我的父母親，特別是我的父親，他協助我進行本 實驗的田野試驗，以及哥哥智揚與姊姊采茱一直鼓勵著我，讓我能順 利完成學業。最後，感謝我的老婆雅琇一路陪我走過艱辛的歷程，給 我精神上最大的支柱，使我能無後顧之憂。願將未來我個人努力所得 之成就與所有關心我的人分享。

中文摘要

我 們 先 將 廚 餘 的 殘 渣 與 廢 水 分 離，再 利 用 藍 細 菌 反 應 器 來 處 理 廚 餘 廢 水 。 藍 細 菌 反 應 器 能 在 一 天 後 消 除 廚 餘 廢 水 所 產 生 的 臭 味 ， 並 且 不 再 繼 續 產 生 臭 味 。 廚 餘 廢 水 的 酸 鹼 度 由 pH 3～ 4（ 酸 性 溶 液 ） 變 為 pH 8～ 9（ 鹼 性 溶 液 ）。 經 過 藍 細 菌 處 理 過 的 廚 餘 廢 水 ， 溶 氧 量 DO (dissolved oxygen)增 加 ， 化 學 需 氧 量 COD (Chemical Oxygen Demand)下 降，而 且 又 可 以 凝 固 油 脂 和 澄 清 廚 餘 廢 水 。 經 過 藍 細 菌 反 應 器 處 理 後 的 廢 水 ， 不 會 影 響 到 青 梗 白 菜 （

Brassica rapa

關 鍵 詞 ： 藍 細 菌 反 應 器 、 廚 餘 、 廢 水 處 理 。

Abstract

This experiment used food waste that have been separated into sewage and solid food waste and set up a cyanobacteria

bio-reactor to treat the sewage. For one day the cyanobacteria bio-reactor could efficiently reduce the malodor, and no longer produce the stink. ThepH value of food waste sewage became 8

～9 (alkalized solution) instead of 3～4 (acid solution). Using the cyanobacterial bio-reactor to process food waste sewage , could increase the amount of dissolved oxygen, and drop the chemical oxygen demand. Moreover, it could coagulate the fat and clarify water in the food waste sewage. After the treatment of cyanobacteria bio-reactor, the food waste sewage, did not affect cabbage（

Brassica rapa

cyanobacteria bio-reactor used as the liquid fertilizer could enhance the growth of cabbage.

Key words:

Cyanobacteria Bio-reactor, Food Waste, Sewage Treatment,

目 次

內 容 之 項 目 名 稱 所 在 頁 次

中 文 摘 要 … … … i

Abstract … … … ii

目 次 … … … iii

圖 目 次 … … … vi

表 目 次 … … … viii

第 一 章 前 言 … … … 1

第 二 章 文 獻 探 討 … … … 6

第 一 節 廚餘成分的基本特性 … … … 6

第二節 廚餘堆肥化主要成分的代謝反應 與臭氣產生的關連性 … … … 7

第三節 微生物分解臭味分子之種類與機轉 … … … 9

第四節 生物性肥料之有效性 … … … 13

第五節 家庭廚餘堆肥之可行性 … … … 14

第 三 章 材料與方法 … … … 16

第一節 實驗材料 … … … 16

第二節 實 驗 器 材 … … … 16

第 三 節 功 能 藍 菌 培 養 液 配 方 … … … 28

第 四 節 實 驗 方 法 … … … 29

1. 收 集 廚 餘 廢 水 … … … 29

2. 處 理 廚 餘 廢 水 菌 種 之 取 得 … … … 29

3. 功 能 藍 菌 篩 選 … … … 29

4. 大 量 培 養 功 能 藍 菌 … … … 30

5. 測 定 pH 值 … … … 31

6. 測 溶 氧 量 DO 及 化 學 需 氧 量 COD 值 … … … 31

7. Gastec 檢 知 管 檢 測 氣 體 分 子 … … … 32

8. 分 組 測 試 發 芽 率 … … … 32

9. 田 野 試 驗 分 組 --計 數 沾 黏 的 蒼 蠅 數 量 … … … … 33

10. 田 野 試 驗 分 組 — 種 菜 測 試 藍 菌 液 肥 成 效 … … 34

第四章 結果與討論 … … … 36

第一節 pH 值測定 … … … 36

第二節 溶氧量 DO 值測試 … … … 37

第三節 化學需氧量 COD 值測試 … … … 38

第四節 檢知管對於氣味分子的定量研究 … … … 39

第五節 發芽率測試 … … … 44

第六節 田 野 吸引蒼蠅測試 … … … 45

第七節 田野種菜測 試 藍 菌 液 肥 成 效 … … … 45

第五章 結論 … … … 49

第六章 參考資料 … … … 52

第七章 附 錄 … … … 58

附 錄 1 行政院環境保護署統計資料庫 全國垃圾清運狀況 … … … … 58

附錄2 醣類（碳水化合物）、蛋白質與脂質的代謝作用 The catabolism of various molecules from food . ..59

附錄3 微生物分解廚餘有機物所產生的臭味分子 … … 60

附錄4 與廚餘臭味有關的含硫化合物 … … … 62

附錄5 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

pH 值的變化表 … … … 63 附錄6 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

溶氧量 DO 值的變化表 … … … 64 附錄7 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

溶氧量 COD 值的變化表 … … … 65 附錄8 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

氣體分子中氨氣（NH³）的變化表 … … … 66 附錄9 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

氣體分子中硫化氫（H³S）的變化表 … … … 67 附錄10 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

氣體分子中乙酸（CH³COOH）的變化表 … … … 68 附錄11 經此功能藍菌處理後之廚餘廢水

氣體分子中胺類（R-NH²）的變化表 … … … 69 附錄12 田野黏蠅測試藍菌廚餘水

吸引蒼蠅程度統計表 … … … 70 附錄13 田野種菜測試藍菌廚餘水

液肥成效統計表 … … … 71 附錄14 Gastec 系列空氣檢知管

---氣溫相關係數 … … … 72 附錄15 田野吸引蒼蠅測試、田野種菜試驗

---場地溫度和雨量 ……… … … … 73

圖目次

圖1. 為功能藍菌(魚腥藍菌屬

Anabaena sp.

及其在紫外光下的螢光反應 … … … …16

圖2. HACH DR/2010 分光光度計 … … … …16

圖3. 檢知器介紹圖 ……… …17

圖4. 檢知器細部分解圖 ……… …18

圖5. 檢知管外觀圖 ………19

圖6. 檢知管細部圖： 依照變色程度對照刻度，來判別所偵測的氣體濃度 ……20

圖 7-1.將檢知管與檢知器組裝 ………20

圖 7-2 .拉開拉把，儀器內呈負壓 使空氣流入檢知管 ………21

圖 7-3 .讀取變色範圍對照刻度，紀錄數值 ………21

圖8. 依序為：有經功能藍菌處理之廚餘廢水、 未經功能藍菌處理之廚餘廢水 ………31

圖9. 田野種菜試驗示意圖 ………35

圖10. pH 值的變化圖 ………37

圖11. 溶氧量 DO 值的變化圖 ………38

圖12. 化學需氧量 COD 的變化圖 ………39

圖13. 氣體分子中氨氣（NH³）的變化圖 ………40

圖14. 氣體分子中硫化氫（H²S）的變化圖 ………41

圖15. 氣體分子中乙酸（Acetic acid）的變化圖 …………42

圖16. 氣體分子中胺類（R-NH²）的變化 ………43

圖17. 田野吸引蒼蠅測試統計圖 ………45

圖18. 田野種菜測 試 藍 菌 液 肥 成 效 結果分析圖 ………… … 46 圖19. 組別 A：『每 4 日加灑花寶 2 號營養液 500ml』

青梗白菜生長情況 ………47

圖20. 組別 B：『每 4 日加灑 1/20 稀釋的

藍菌廚餘水 500ml』青梗白菜生長情況 ………47 圖21. 組別 C：『每 4 日加灑自來水 500ml』

青梗白菜生長情況 ………48

圖22. 組別 D：『每 4 日加灑 1/20 稀釋的廚餘水 500ml』

青梗白菜生長情況 ...48

表目次

表1、 DR/2010分光光度計～典型的操作程序步驟 ………17

表2、 本實驗所需要用到的檢知管型號 ………19

表3、 功能藍菌培養液配方 ………28

表4、 各組液體發芽率測試 ………44

第一章 前言

藍細菌是能行光合作用的原核微生物。它具有許多應用功能，除 了食用、生產化學物質及作生態指標等外，還可以分解水中污染物。

而淨化廚餘廢水亦為其重要功能之一（李 a, 李 b, 2000）。台灣地區 2008 年廚餘回收量 686,780 公噸，約佔整體垃圾產生量的 13.94％，

其中堆肥占 162,333 公噸、養豬占 520,703 公噸，其他廚餘再利用方 式約占 3,744 公噸 (附錄 1. 行政院環境保護署統計資料庫 全國垃圾 清運狀況)，目前垃圾處理方式主要以焚化及掩埋為主，根據分析，台 北市區與市場之廚餘含水量分別為 68.10％、89.45％（黃, 1991），若 不將廚餘另外分類回收，而將廚餘送入焚化爐中，會產生垃圾總發熱 降低現象，對焚化爐之操作將造成不利影響。

但是民眾帄常不太重視此一資源的回收，主要是因為廚餘油膩、

易臭、不易保存、內容複雜、水分多、不易操作、又容易孳生病原菌 與蚊蟲。一般民眾多希望儘速將廚餘丟棄，遠離廚餘。然而，將有機 的廢棄物傾倒在垃圾掩埋場，是非常浪費又沒有效率的方式，食物分 解不完全，會造成甲烷氣體與酸水、使得臭氧層破壞、水源系統污染、

佔據更多的垃圾掩埋場；再則，廚餘廢棄物並非良好燃燒的材料，如 果以焚化廠焚化的方式處理廚餘，需要額外添加輔助熱源，成本很高，

以經濟效益與節約能源的觀點來看，也不適宜；因此，將廚餘回收，

進行好氣性的微生物發酵堆肥處理應是較理想與有效益的方式。不 過，一般的廚餘堆肥發酵過程如果沒有控制得當，會有產生臭氣的問 題，其反應的時間也會很長，因此解決上述問題成為發展廚餘堆肥最

重要的課題之一（曾, 2006）。

政府推動廚餘回收時，希望民眾將固態廚餘交由資源回收車回收 再利用，而廚餘的液態部分大部分會經由家庭廢水排入下水道，廚餘 廢水中的碎屑和油脂等有機物，造成廚餘廢水有腐臭味，不宜直接排 入水溝，在『藍菌淨化廚餘廢水之應用』實驗中(李, 2003)，由池水 中分離出的一種藍菌(

Synechococcus sp.

本次實驗比照『藍菌淨化廚餘廢水之應用』之實驗方法，但是有 以下不同之處：

1. 前述實驗部分僅以觀察廚餘廢水之變化，本次實驗加入 pH 值、COD 值、溶氧量及氣味分子的定量研究。

2. 以圕膠桶打氣繁殖藍菌更為經濟便利於家庭處理廚餘廢水。

3. 種菜及捕蠅實驗地點由實驗室試驗改採田野試驗。

4. 實驗菌種改採魚腥藍菌

Anabaena sp.

生物處理技術將是未來處理有機廢物的主流，生物處理技術係於 處理設備空間內，利用自然界存在的微生物對廢氣中的污染物進行消 化代謝，將污染物轉化為無害的水、二氧化碳及其他無機鹽類，是一 種低二次污染且能源消耗極低的經濟有效處理技術，可稱之為『清潔』

處理技術，非常適於國內中小企業經濟及環境上的考量。 雖然生物處 理法於處理低濃度廢氣時具有低成本之優點，但缺點在於生物處理技 術所需停留時間較長，設備佔地面積大（徐, 2003）。

臭氣是一種特別的空氣污染型態，很容易由人們的嗅覺器官感受 到它的存在，因而心生厭惡，甚至感覺到健康受到嚴重威脅，內心產 生劇烈的排斥感。人類的嗅覺器官可以偵測到非常微量的臭氣，我們 的鼻子只要有10⁸ 到10⁹ 個的臭味分子就足夠可以感受到臭氣的在，一 微克（μg）的臭氣乙硫醇（ethyl mercaptan）大約含有10¹⁶ 個氣體 分子，也就是相當於我們鼻子能夠感受最低濃度的10⁷ 到10⁸ 倍，因此 只要環境中存在有微量的臭氣產生物質，臭氣的強度是非常顯著而強 烈的（曾, 2006）。由於人類對臭氣的敏銳度如此強烈，居家環境如 果存有產生臭氣的源頭（例如：廚餘堆肥場、養豬場等），嚴格控制 臭氣的產生與溢散就顯得非常重要，否則將嚴重影響人類的生活質。

不過由於人類嗅覺的靈敏度，經常會讓一般去除或控制臭氣的成效無 法令人滿意，因為在許多狀況下至少需要有效去除臭氣存在量的95 ~ 100%，才能讓居民充分感受到臭味的降低( Hunter and Oyama, 2000)，由此可見，臭味的防治並不容易，但需求是非常迫切，而一般 民眾對其防治成效的要求則是特別地嚴格。

臭味的產生絕對是人類日常生活起居一個很大的困擾，臭味防治 的策略有許多種類，但是應該與整個臭氣產生的系統相互搭配，否則 將無法達到適當的效果( Powers, 1999)，過去幾十年來，人類已經發 展了許多傳統物理或化學的技術來防治臭味的產生，但是最近則開始 嘗試新的臭味防治系統，稱為生物反應器。利用微生物系統來處理臭 味是被認為最具潛力的方式，因為它具有能夠有效分解濃度低但臭味 強度高的揮發性物質(Kosteltz

et al

et al

et al

如果運用熱焚燒氧化的方式，是可以完全將臭味分子降解，但是成本 偏高( Kennes and Veiga, 2001)。

微生物處理的方式通常可在常溫下進行，在微生物生長的代謝過 程中，將有機物質降解為二氧化碳與水(Deshusses, 1997 )

（Lewandowski and DeFilippi, 1998），只要微生物種類正確且培養 條件恰當（如：含氧量、化學組成、溫度等），微生物能夠有效地分 解幾乎任何的有機化合物( Lewandowski and DeFilippi, 1998)，不 過要運用微生物來清除廢棄物與其產生的臭味，微生物作用的速率與 降解的程度就顯得非常地重要。一般來說，微生物降解有機物質的成 效主要依賴三個重要因素(Lewandowski and DeFilippi, 1998 ; Crawford and Crawford, 1996 ; Van Agteren

et al

1. 使用的微生物種類（具有降解特定有機物質結構的能力）。

2. 培養微生物的環境條件（適合微生物生長及生產降解廢棄有機物所 需要的酵素）。

3. 微生物與廢棄有機物間需有良好的接觸（適當的生物反應器）。運 用微生物來分解清除污染源是一個較可行的策略，有許多的文獻也有 部分的探討，尤其是利用微生物來分解某些重要臭味分子。

（Darlington

et al

et al

針對上述的問題與看法，本實驗乃嘗試以功能藍菌分解廚餘廢水 與臭味分子，並設計適合家庭處理廚餘廢水的藍細菌生物反應器，進 行廚餘廢水中臭味分子的分解與臭氣產生的防治之探討，並且測試處 理後的廚餘廢水，是否可以成為有效的液態肥料。

第二章 文獻探討

廚餘堆肥中，醣類、蛋白質和脂肪是微生物新陳代謝過程中最重 要之營養及能量的來源，當微生物在其中生長的時候，很容易被微生 物分解成小分子，也是產生臭氣最大的可能來源。而纖維素、半纖維 素和木質素因為結構的緣故不易被微生物所分解，只有部分特殊的微 生物能將其分解或氧化，提供部分微生物生長的能量來源，比較不可 能成為產生臭氣的來源（張, 1995 ; Ohta and Ikeda, 1978 ; 吳, 2003 ; 林, 1999）。在堆肥時，有機廢棄物的代謝會產生一些胺基酸、多胜 類和有機酸等，在氧氣不足時，更會產生有惡臭味的吲哚、糞臭素、

硫化氫、揮發性氨類、硫醇類、短鍵脂肪酸等代謝產物(林 與 簡, 1995)。

1.廚餘成分的基本特性：

廚餘之組成與性質因來源、季節、地區不同而有所差異，但是基 本特性為含水量高、有機物質含量高，成分大都是微生物可分解的成 分，例如：碳水化合物、脂肪、蛋白質、纖維素、半纖維素和木質素 等（袁, 1994）。其中醣類（碳水化合物）、氨基酸、蛋白質、脂肪 等比較容易被微生物所分解而產生臭味；而半纖維素分解率高，最終 產物為水、二氧化碳，不易產生臭味；纖維素、木質素等分解率較低，

最終產物亦為水、二氧化碳等不會產生臭味。

由於我國對廚餘回收與應用的意識才剛萌芽，政府剛起步推行廚 餘回收的政策，有關於國內廚餘成分的基本特性研究文獻甚少，雖然 有歐美相關研究報告可供參考，對廚餘堆肥化也少有涉略，但是因為

歐美廚餘之種類與內含物顯然與我國一般飲食習慣所產生的廚餘有很 大的差異，因此這些研究報告所發表的數據很難能直接引用（曾, 2006）。

2.廚餘堆肥化主要成分的代謝反應與臭氣產生的關連性

傳統環境生物技術的基本原理，便是將廢棄物及有毒害性物質集 中於處理場，然後藉由大自然中（主要來自土壤）具有分解能力的微 生物，或添加靠特殊方法培養出自然界非優勢的益生菌來進行分解，

以達到分解廢棄物的目標。早在幾億年前，微生物早已在地球上扮演 分解者的角色，因為微生物有機物質分解成小分子再進入地球生態圈 的物質循環中（Miller, 1993 ; Rynk, 1992）。本研究則是利用微生 物（藍菌）將大分子的有機物質分解成為小分子，進而達到分解廚餘 廢水的目的。

一般廚餘堆肥中的微生物會將蛋白質先分解成小胜肽鏈與胺基 酸，在碳源充足的情況下，這些被分解的胺基酸事實上大多不會繼續 被分解，而是被微生物再回收利用，合成新的蛋白質，因此不會有臭 氣產生的問題；但是如果廚餘堆肥中碳源不足，則胺基酸在好氧的狀 況下可能會被微生物進一步被分解成酒精、有機酸、NH³ 及CO²，開始 產生某些不良的氣味出來；如果廚餘堆肥中碳源不足，發酵環境又是 屬厭氧性的狀況，則胺基酸會被微生物分解成氨或硫醇類，產生強烈 的腐敗臭味來（Crawford and Crawford, 1996 ; Van Agteren

et al

et al

以碳水化合物分解的例子來說，在好氧性的環境下，真菌可將葡

萄糖氧化成為檸檬酸或草酸，如果氧氣充足，則會完全氧化成為CO² 與 H²O，並產生大量的能量，此部份是不會有臭氣產生的問題(Lewandowski and DeFilippi, 1998)；不過在厭氣狀態下分解時，則會產生反-丁烯 二酸(fumaric acid)與具有揮發性的醇類，則容易產生氣味出來。

由於脂肪較不容易溶於水，是微生物較不易分解的有機物質，在 好氧與厭氧的狀況下，脂肪物質的生物分解第一步驟均為水解為甘油 與脂肪酸，甘油會進入糖解作用路徑轉化為dihydroxyacetone phosphate

（DHAP） 後，代謝之；脂肪酸則以β-氧化產生乙醯輔酶A 後，進入檸 檬酸代謝循環（如附錄2.）。脂肪的代謝產物與醣類的代謝產物大致 相似，因此並無產生強烈臭氣的問題。

自然界中好氣性細菌通常會分解纖維素成CO²、黏性物質及色素，

少有代謝中間產物的累積，真菌及放射菌分解纖維素的結果也大致相 同，只是過程中可能因部分代謝不完全而釋出少量有機酸。而當厭氧 性細菌存在的狀況下，纖維素會被分解成為醋酸( Crawford and Crawford, 1996)，則會產生強烈的酸臭味出來。

歸納上述的廚餘堆肥主要成分的微生物代謝反應與其臭氣產生之 關連性得知，為了降低廚餘廢水處理過程當中臭氣的產生，應提供廚 餘廢水中足夠的碳源給微生物生長，避免其中蛋白質與胺基酸被分解 為NH³ 及含硫分子，同時廚餘廢水應保持空氣流通，供應作用中的微生 物有足夠的氧氣，維持在好氧的環境下，可避免廚餘堆肥產生具有惡 臭的氣體出來。因此我們以打氣機打入空氣，供給功能藍菌CO²以利光 合作用，進而使功能藍菌分解廚餘廢水所產生的臭氣分子，並且降低

廚餘所造成的臭味及污染。

生物處理程序（biological processes）一直被認為是除去有機 物臭味最具有競爭力的方法（Hunter and Oyama, 2000 ; Powers, 1999），比化學處理程序（chemical processes）更天然且便宜。理 論上，如果廢棄物的成分對微生物不具毒性，或微生物對該毒性具有 耐受性，在合適的生長環境條件下（包括氧氣含量、溫度、化學成分 等），我們幾乎都可以找到相對應的微生物來分解特定的有機物質（包 括廚餘的臭味分子），生物反應器中的微生物可以將臭味分子氧化與 分解，使得臭味強度降低或甚至消失。

3.微生物分解臭味分子之種類與機轉

「臭味」是一個有點主觀判斷且難以定義的名詞，依據大多數人 的經驗來說，應該就是種讓個人不喜歡的氣味或濃度，甚至令人無法 忍受、產生強烈的排斥感。

臭味分子種類繁多，據估計大約有40 萬種，這些會產生臭味的化 合物，依照其化合物的官能基來劃分，應可分為九類：（曾, 2006）

（1）碳基化合物：如低碳數（1-5 個碳）之醛及酮。

（2）羧基化合物：一些低級脂肪酸。

（3）氮化合物：氨與胺類（amine）等化合物。

（4）硫化合物及硫醇類：如硫化氫、甲硫醇及乙硫醇等。

（5）醇及醚類：如正丁醇、丙烯醇、苯甲醇及乙二醇乙醚等。

（6）酯類：丁酸乙酯、丙烯酸甲酯及鄰苯二甲酸二辛酯等。

（7）鹵烷化合物：如三氯乙烯、對二氮苯及四氯化碳等。

（8）苯酚類：如苯酚、正甲酚、間甲酚、對甲酚及三甲酚等。

（9）脂肪族碳氫化合物及芳香族碳氫化合物：如苯、甲苯、二甲苯、

乙苯及三甲苯等。

其中，由微生物分解廚餘有機物所產生的臭味分子主要有三大類：

（化學式如附錄3.）

（1） 揮發性的含硫化合物：

尤其是二甲基三硫醚（dimethyl trisulfite；DMTS）。

（2） 揮發性的胺：

例如是二甲胺（dimethylamine；DMA）、三甲胺（TMA）、二乙 胺（diethylamine；DEA）與三乙胺（TEA）。

（3） 苯基吖呏（pyrazine）化合物：

尤其是alkylpyrazine，例如：2,3-diethyl-5-methylpyrazine

（DM）與2,5-dimethylpyrazine（DP）。

廚餘有機物所產生的氣味複雜，而廚餘的氣味與內容物、滋生微 生物種類及代謝途徑等有關，這裡以3類主要臭味分子逐一敘述：

(1). 揮發性的胺（R-NH²）：

揮發性的胺應是食品腐敗最主要的臭味來源（Tang

et al

et al

et al

N

謝的產物）後會產生DMA，有文獻發現，土壤中的DMA會被微生物 迅速代謝分解（Ayanaba

et al

（betaine）、trimethylamine

N

RNA、蛋白質的合成，因此是一種有毒物質，有報告指出TMA會使 小鼠發生畸形胎。微生物藉TMA dehydrogenase先氧化TMA成為 DMA，然後經DMA monooxygenase繼續氧化成monomethylamine，

最後再由monomethylamine dehydrogenase完成代謝反應，產生 甲醛與氨，此二化合物都可當做原料，進入微生物的絲胺酸合成 路徑。

(2). 揮發性的含硫化合物：

有關揮發性的含硫化合物大多來自微生物分解有機物所產 生，其產生的作用機轉是因為微生物降解含硫的胺基酸（例如甲 基硫胺酸、半胱胺酸及其衍生物），幾乎每種食物中的蛋白質都 含有含硫的氨基酸。

當甲硫胺酸、半胱胺酸等被微生物分解後，會產生大量硫化 氫（H²S）、甲硫醇、乙硫醇及氨氣（NH³），甲硫醇可進而被微 生物還原成H²S及CH⁴。由於這些硫化物都具有很低的臭味臨界值

（可讓人感受到臭味的最低氣體分子濃度），因此只要少量的這

Cysteine desulfohydrase

Methionine hydrase

些氣體被產生出來，並持續溢散時，就會造成嚴重的臭味問題。

由半胱胺酸生成硫化氫，主要是由

Proteus vulgaris

Proteus morganii

Escherichia coli

Saccharomyces

cerevisiae

方程式所示：

HSCH²CHNH²COOH (Cysteine) + H²O

H²S↑+ NH³↑+ CH³COCOOH (Pyruvic acid)

硫醇的生成，主要是由

Clostridium spovogenes

CH³SCH³CH²CH(NH²)COOH (Methionine) + H²O

CH³SH (Methanethiol) + NH³↑+ CH³CH²COCOOH (α-keto butyric acid)。

某些

Hyphomicrobium

Thiobacillus

et al

另一種廚餘臭味的主要分子為pyrazine與其衍生物，

pyrazine是一種含氮多環的化合物，在許多蔬菜、昆蟲、陸生脊 椎動物、海洋生物中都有發現它的存在，許多微生物的代謝產物 中也可以發現（Rappert and Muller, 2005），自然界中超過70 種揮發性的pyrazine (Wagner

et al

產業最主要的臭味來源。微生物分解pyrazine分子的機轉到目前 都還不是很清楚，只有數個文獻曾經探討過（曾, 2006）。

臭味分子DEA對皮膚與黏膜會產生刺激性，微生物對DEA代謝 的生理路徑仍不是很清楚，有科學家認為應該與DMA的降解路徑 相似(Van Agteren

et al

Candida utilis

Hansenula polymorpha

臭味分子TEA的臭味臨界點非常低，而且對人體健康會造成 負面的影響，例如引發氣喘與對視力的干擾（Belin

et al

et al

4. 生物性肥料之有效性：

生物性肥料係利用微生物增加肥料之供應、提高土壤中養份之 有效性、改良土壤性質和拮抗土壤或植體中之病原菌。生物性肥料 種類很多，依其利用性大致可以分為六大類：（楊, 2005）

(1). 微生物氮肥。

(2). 微生物磷肥。

(3). 纖維素分解菌、半纖維素分解菌和木質素分解菌：

(4). 澱粉質及多醣類分解菌。

(5). 菌根菌。

(6). 產生抗菌物質及促進植物生長物質。

本研究所使用的功能藍菌

Anabaena sp.

『非共生自營性固氮菌』。

5. 家庭廚餘堆肥之可行性：

在台灣地區以大型堆肥場處理廚餘，由於經濟成本及技術層面 上的困難，實行起來較難推行，於是也發展出家庭式的簡易堆肥，

如家庭廚餘堆肥化處理方法（李, 1998），處理完之廚餘可以做為 土壤改良劑，但對於一般家庭而言，操作上頗繁雜、不便，以及有 機肥無適當去處是推行上之困難，腐熟時間長（約需1個月）對都 會區家庭而言亦是操作上的一大缺點；也有將廚餘經蚯蚓以及堆肥 處理經3～4個月可得到品質優良之有機肥（卓, 1999）。由於堆肥 場佔地大，產生的二次污染（臭氣、蚊蠅滋生）亦衍生環境衛生問 題，因此以堆肥方法來處理廚餘，在台灣地區依然不是相當普遍。

（鄭, 2001）

根據上述的文獻探討，本研究為篩選功能藍菌以便有效應用於 廚餘廢水臭味防治，以及將功能藍菌處理過之廚餘廢水作為天然液 肥，主要的策略有二為：

第一為臭味防制：

尋求可分解廚餘廢水之功能藍菌，應用於廚餘廢水處理上，

使之「不產生臭味」及「分解已生成的臭味」。為篩選及使用功 能藍菌處理廚餘廢水，降解廚餘巨大有機分子（macro organic molecules）（例如：多醣類、蛋白質、脂肪、纖維等），不產生 臭味，產生單元分子（例如：單醣、胺基酸、脂肪酸等）以供廚 餘中微生物生長之用；而且具有快速分解及消耗含氮、含硫、短 鏈脂肪酸等揮發性惡臭物質的能力，以消耗並降低廚餘已經產生

的臭味。

第二為功能藍菌液肥養份之有效性測試：

經過功能藍菌處理之廚餘廢水，用於田野種菜試驗，比較市 售液肥與本研究之藍菌液肥的有效性(李, 2003)。

第三章 材料與方法

一、 實驗材料：

(螢光顯微鏡型號：Nikon Eclipse E200 拍攝 )

圖 1.為功能藍菌及其在紫外光下的螢光反應(魚腥藍菌

Anabaena sp.

1. 攜帶型 pH 值計（pH meter）

2. HACH DR/2010 分光光度計

圖 2. HACH DR/2010 分光光度計

0.2 μ m

0.2 μ m

表 1.DR/2010 分光光度計～典型的操作程序步驟

操作步驟 儀器顯示內容 目的

按„I/O‟鍵 SELF-TEST V^。XX MEHTOD #？

開機並進行自我檢 查，通過後，可以進行 測量程序的選擇 輸入數字鍵，

如 2、2、5

MEHTOD #？ 225 選擇 225 號方法 P225 DIAL nm TO

522

225 號方法的波長為 522 nm

調整波長至 522nm，

按 ENTER

P225 Zero Sample, P225 mg/L Mg-CaCO³

說明所測量的參數

放入空白樣品 Zeroing？

0.00 mg/L Mg-CaCO³

測量空白值 放入欲測樣品 Reading ？

1.00 mg/L Mg-CaCO³

樣品測量

3. Gastec GV-100 檢知器(GASTEC Corporation , Japan)

圖 3.檢知器介紹圖

圖 4.檢知器細部分解圖

上圖為檢知器細部分解圖，內部含有一單向活圔以及逆止 閥，防止空氣回流，當抽取空氣時，內部呈現負壓狀態，使得 空氣經由檢知管流入管中，當空氣進入檢知管之後，檢知管會 產生化學反應產生變色，檢視變色範圍來測得所欲偵測目標的 氣體濃度。

4. Gastec 系列空氣檢知管：

依照所偵測的氣體以及濃度，選用不同型號的檢知管來搭配。

表 2.本實驗所需要用到的檢知管型號

型號 檢測類別 檢測濃度範圍

3L ammonia 0.5 to 78 ppm 3La ammonia 2.5 to 200 ppm 4HM hydrogen sulfide 25 to 1600 ppm 4L hydrogen sulfide 1 to 240 ppm 4LT hydrogen sulfide 0.1 to 4.0 ppm 60 phenol 0.4 to 187 ppm 81L acetic acid 0.125 to 25 ppm 180 amines 5 to 100 ppm 180L amines 0.25 to 39 ppm

圖 5.檢知管外觀圖

圖 6.檢知管細部圖：

依照變色程度對照刻度，來判別所偵測的氣體濃度

5. 檢知器使用方法:圖 7-1 到圖 7-3 為檢知器使用步驟

圖 7-1.將檢知管與檢知器組裝。

圖 7-2.拉開拉把，儀器內呈負壓使空氣流入檢知管。

圖 7-3.讀取變色範圍對照刻度，紀錄數值

5. 檢知管變色原理及使用介紹（徐, 2008）：

檢知管為一玻璃管，管內填充不同顏色的化學合成物，具 有專一性，利用 Gastec GV-100 檢知器抽取空氣，使空氣流經 檢知管產生化學反應變色，由變色範圍可以知道空氣中指標氣 體的濃度(周, 2004)。

(1)氨(ammonia):

將氣體流經檢知管，氣體當中氨氣中和磷酸使檢知管 由紫色轉為黃色，依照變色範圍測定氨氣濃度，濃度誤差範圍 在 5-10%之間。

purple → yellow

NH3 + H3PO4 →(NH4)3PO4

使用環境限制：

① .溫度:工作溫度為 0–40℃，依照檢測地區溫度將測得數 值乘以相關係數來得到正確濃度。

型號：NO.3L 檢測氨濃度（0.5—78 ppm）

溫度(℃) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 相關係數 1.35 1.25 1.15 1.07 1.0 0.95 0.9 0.86 0.83

型號：NO.3La 檢測氨濃度（2.5—200 ppm）

溫度(℃) 0 10 20 30 40 相關係數 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8

② .溼度：使用環境 0–90%之內不會產生誤差。

③ .壓力依照使用環境壓力換算，換算公式為：

檢測讀值(ppm) × 1013(hPa) / 環境氣壓 (hPa) 。

④ .其他氣體影響: 當空氣中 CO2濃度在 1%以上，或者空氣 當中有聯氨(hydrazine)或者胺類(amines)會增加 5%的誤

差。

(2)硫化氫(hydrogen sulfide)：

將氣體流經檢知管，硫化氫與與醋酸鉛反應使檢知 管由白色轉為棕色，依照變色範圍測定硫化氫濃度，濃度

誤差範圍在 5-10%之間。

White → Brown

H2S + Pb(CH3COO)2 → PbS + 2CH3COOH 使用環境限制：

① 溫度：工作溫度為 0–40℃，依照檢測地區溫度將測得 數值乘以相關係數來得到正確濃度。

型號：4LT 檢測硫化氫濃度（0.1—4 ppm）

溫度(℃) 0 10 20 30 40 相關係數 0.9 0.95 1.0 1.05 1.1

型號：4L 檢測硫化氫濃度（1—240 ppm）

溫度的相關係數不需要

型號：4HM 檢測硫化氫濃度（25—1600 ppm）

溫度的相關係數不需要

② 溼度：使用環境 0–90%之內不會產生誤差。

③ 壓力依照使用環境壓力換算，換算公式為：

檢測讀值(ppm) × 1013(hPa) / 環境氣壓 (hPa) 。

④ 其他氣體影響：除了乙硫醇會造成些微誤差，其餘氣體 不會造成影響。

(3)酚(phenol) ：

將氣體流經檢知管，氣體當中酚與硝酸鈰結合使得顏 色由梨黃色轉為灰色，依照變色範圍測定酚濃度，濃度誤 差範圍在 25%之間。

Pale yellow → Gray

C6H5OH + Ce(NO3)6^2- → C6H5OCe(NO3)5N 使用環境限制：

① 溫度：工作溫度為 10–40℃，依照檢測地區溫度將測 得數值乘以相關係數來得到正確濃度。

型號：60 檢測酚類濃度（0.4—1 ppm）

Tube Reading

(ppm)

True concentration

10℃ 15℃ 20℃ 30℃ 40℃

25 20 15 10 5 3 1

38 28 18 11 5 3 1

30 23 17 11 5 3 1

25 20 15 10 5 3 1

23 19 14 10 5 3 1

21 17 13 8 5 3 1

② 溼度：使用環境 0–90%之內不會產生誤差。

③ 壓力依照使用環境壓力換算，換算公式為：

檢測讀值(ppm) × 1013(hPa) / 環境氣壓 (hPa)

④ 其他氣體影響：空氣當中含有甲酚(cresol)會與硝酸 鈰結合增加誤差，空氣當中氨(ammonia)以及胺類 (amines)超過 2000ppm 也會影響數值的可靠度。

（4）乙酸(acetic acid) ：

將氣體流經檢知管，乙酸中和氫氧化鈉使檢知管由粉紅轉 為梨黃色，依照變色範圍測定乙酸濃度，濃度誤差範圍在 5-10%之間。

Pink → Pale yellow

CH3COOH + NaOH → 粉紅色指示劑褪色

使用環境限制：

① 溫度:工作溫度為 0–40℃，依照檢測地區溫度將測得數值 乘以相關係數來得到正確濃度。

型號：81L 檢測乙酸濃度（0.125—25 ppm）

溫度(℃) 0 10 20 30 40 相關係數 1.3 1.1 1.0 0.9 0.8

② 溼度：使用環境 0–80%之內不會產生誤差。

③ 壓力依照使用環境壓力換算，換算公式為。

檢測讀值(ppm) × 1013(hPa) / 環境氣壓 (hPa) 。

④ 其他氣體影響: 空氣中含有氯 (chloride)、二氧化硫 (sulfur dioxide)、二氧化氮(nitrogen dioxide) 、甲酸 (formic acid)和乙酐(Acetic anhydride)會增加 5%以內 的誤差。

（5）胺類(amines):

將氣體流經檢知管，胺類與硫酸作用改變 pH 使檢知管由粉紅 轉為黃色，依照變色範圍測定胺類濃度，濃度誤差範圍在 5-10%之間。

Pink → Yellow

2R NH² + H²SO⁴ →(R NH³)²SO⁴

使用環境限制：

① 溫度:工作溫度為 0–40℃，依照檢測地區溫度將測得數值 乘以相關係數來得到正確濃度。

型號：180L 檢測胺類濃度（0.25—39 ppm）

溫度(℃) 0 10 20 30 40 相關係數 1.3 1.15 1.0 0.95 0.9

型號：180 檢測胺類濃度（2—100 ppm）

溫度(℃) 0 10 20 30 40 相關係數 1.8 1.3 1.0 0.8 0.6

② 溼度: 使用環境 0–90%之內不會產生誤差。

③ 壓力依照使用環境壓力換算,換算公式為。

檢測讀值(ppm) × 1013(hPa) / 環境氣壓 (hPa) 。

④ 其他氣體影響: 空氣中含有聯氨(hydrazine)、苯胺 (aniline)、砒啶(pyridine)或氨氣 (ammonia)會增加 5%

的誤差。

三、 功能藍菌培養液配方：

(在化學藥品後的數字為每公升蒸餾水[distilled water,dH²O]中 的化學品添加量的公克數，g/L)

表 3.功能藍菌培養液配方(李, 2000) 編

號 藥品名稱 重量（g/L） 備註

1

HEPES

(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazine ethanesulfonic acid )

（4-羥乙基乙磺酸）

1.2g 配好後，高溫高 壓消毒，消毒後 保存在 4 ^oC。

而左列培養液 在使用前每公 升再加入 1ml 的 微量元素溶液。

2 MgSO⁴‧7H²O 0.25 g 3 K²HPO⁴ 0.05 g 4 Ca(NO³)²‧4H²O 0.025 g 5 KNO³ 1.0 g 6 Na²-EDTA 0.01 g 7 Fe²(SO⁴)³‧6 H²O 0.004 g

8

微量元素溶液配方為：

藥品名稱 重量（g/L） 備註 H³BO³ 2.86 g 並以 10% 的 NaOH

液調整 pH 至 8.2，

再高溫高壓消毒 MnCl²‧4 H²O 1.81 g

ZnSO⁴‧7H²O 0.222 g MoO³(85%) 0.018 g CuSO⁴‧5H²O 0.079 g CoCl²‧6H²O 0.01 g

四、 實驗方法：

1. 收集廚餘廢水：

家庭廚餘放入底部有 0.2cm 直徑圓網孔的槽中，濾出廚餘廢 水。此廢水中所含油脂和食物碎屑等均不必再濾除。

2. 處理廚餘廢水菌種之取得：

可取各當地呈綠色之池圖水 0.1ml，以 L 型玻棒圗洋菜帄盤法，

圗在培養液的洋菜帄盤上。此圗過池水之帄盤，蓋面向下，置 室溫 500-2000 lux（米燭光）日光燈光源下，或光合作用培養 箱 25℃，10--15 日，可得綠色菌群，以消毒過之牙籤分別取 各菌群的小部份，在載玻片上加水滴抹片，以螢光顯微鏡檢 視，選出藍細菌。再將選定的菌種分別培養在裝有前述液態培 養液 300ml(但無洋菜)的 500ml 三角錐瓶中，置於室溫及 1500 lux 日光燈光源下的振盪培養器上培養(100 rpm)。

3. 功能菌種篩選(李, 2003)：

將前述所得已繁生的菌種，分別加入經自來水稀釋 100 倍 (每公升廚餘廢水中加入 10g NaHCO³與 1g KNO³)的廚餘水中，

此稀釋後之廚餘廢水中該藍菌最終濃度濕重至少 2.0g/L 以上 (紗布過濾後重量，亦可由離心濃縮取得)，培養於每 300ml 裝 於容量 500ml 的三角錐瓶中，其餘條件（溫度、光照、振盪）

均同前述。待 30 日後，選出能繁生並使水最澄清之菌種。

再將此菌種以最終濃度至少 2.0g/L 以上（可直接由前項 培養中離心濃縮取得），培養於經自來水稀釋 50 倍(不加 NaHCO³

與 KNO³)的廚餘水中，其餘條件均同前述，待 30 日後，再選出 能繁生而使水最澄清，且不必調整廚餘廢水 pH 值的菌種。

再將此菌種以最終濃度 2.0g/L 以上培養於經自來水稀釋 20 倍(不加 NaHCO³與 KNO³)的廚餘水中，其餘條件均同前述，

再測試。

以期篩選出能處理高濃度且不必先調整 pH 值的廚餘廢水 的菌株。再由此 1：20 的廚餘廢水培養液中，分離出功能菌，

以最終 2.0g/L 以上濃度培養於經自來水稀釋 10 倍(不加 NaHCO³與 KNO³)的廚餘水中，其餘條件均同前述，再測試，期 篩選出能處理更高濃度且不必先調整 pH 值的廚餘水的菌株，

同此方式再測試功能菌在 1：5 稀釋度的廚餘水中成長情形。

但依經驗，通常只能篩選到能繁生於用自來水稀釋 10 或 20 倍，且不必調整 pH 值的廚餘廢水中的藍菌菌株。因為濃度 更高的廚餘廢水，其透光度和鹽份含量等均不適一般藍菌生 長。此處所用的逐步篩選方式，是藉藍菌之高濃度使形成優勢 菌種，而不受廚餘廢水中其它菌種的抑制。

4. 大量培養功能藍菌：(李, 2003)

實驗起始接種細胞為成長到生長停滯期（ stationary phase）之功能藍菌，將 3 公升廚餘水加自來水稀釋至 15 公升

（稀釋 5 倍），置於透明方形圕膠桶中，再加入最終濃度濕重 至少 2.0g/L 以上的已篩選出被認為效果最佳之功能藍菌液 3 公升（本研究中使用的是魚腥藍菌

Anabaena sp.

公升（其中廚餘廢水 3 公升、12 公升的自來水及 3 公升的功能 藍菌液）。並以小馬達打空氣（使水流動並使空氧中 CO²進入水 中），在自然光照下培養 45 日。

圖 8.依序為：有經功能藍菌處理之廚餘廢水、

未經功能藍菌處理之廚餘廢水 5. 測定 pH 值：分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

加入功能藍菌後，每間隔 24 小時後取溶液，靜置後取上清 液用攜帶型 pH 值計（pH meter）進行測試，實驗組共二桶，對 照組 a、b 各一桶，每桶測試皆進行 3 重複，記錄帄均值與標準 差，實驗持續一週並繪製成圖表（附錄 5.）。

6. 測溶氧量 DO (dissolved oxygen) 值及化學需氧量 COD (Chemical Oxygen Demand) 值：(林, 2007)

分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

加入功能藍菌後，每間隔 24 小時後取溶液，靜置後取上清 液進行測試，實驗組共二桶，對照組 a、b 各一桶，以分光光度 計（型號：HACH DR/2010）測試溶氧量 DO 及化學需氧量 COD 值，

檢測 COD 值時需加入 HACH 公司出品之 COD 試劑，每桶測試皆進 行 3 重複，記錄帄均值與標準差，實驗持續一週並繪製成圖表

（附錄 6、7）。

7. Gastec 檢知管檢測氣體分子：

分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

實驗組共二桶，對照組 a、b 各一桶，每桶測試皆以 Gastec 檢知管檢測各組氣體分子中氨（NH³）、硫化氫（H²S）、酚類

（Phenol）、乙酸（Acetic Acid）及胺類（R-NH²）等的含量，

實驗持續一週並繪製成圖表（附錄 8～11）。

8. 分組測試發芽率：

分成 A、B、C、D 四組，其分組如下：

第 A 組（花寶牌(HYPONeX)花寶 2 號登記成分）：

全氮 20％（內含銨態氮 4％、硝酸態氮 4％）、水溶性

磷酐 20％、水溶性氧化鉀 20％ ，以 1：1000 稀釋後 之液肥。

第 B 組：經功能藍菌通氣處理 7 天之廚餘廢水澄清液。

第 C 組：自來水。

第 D 組：未經處理之廚餘廢水澄清液。

準備 4 個培養皿，各放入 100 顆青梗白菜（

Brassica rapa

9. 田野試驗分組--計數沾黏的蒼蠅數量：

分成 A、B、C、D 四組，其分組如下：

A 組：除每日灌溉自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑花寶 2 號(台 和園藝企業股份有限公司)以 1：1000 稀釋後之液肥 500 毫升。

B 組：除帄日灑自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑以 1：20 稀釋後 之經過功能藍菌處理的廚餘藍菌液 500 毫升。

C 組：每日灑自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑自來水 500 毫升。

D 組：除每日灌溉自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑 1：20 稀釋後 之未經處理的廚餘廢水 500 毫升。

A 組～C 組每組間隔 50cm，為避免灌溉液體互相干擾，加灑 的液體採取逐棵灌溉法，減少各組間的干擾；為避免 D 組未經處 理的廚餘廢水干擾其他組別吸引蒼蠅測試或導致其他組別白菜

死亡，另外選定偏遠（20m 外）種植白菜與吸引蒼蠅之測試，各 組以相同之市售捕蠅黏貼紙，在灌溉完成後，放置於各組青梗白 菜上，經過 3～4 小時後，計數黏蠅紙上的蒼蠅數目，每週一次，

持續 7 週，以所得數據做成圖表（附錄 12.）。

10. 田野試驗分組—種菜測試藍菌液肥成效：

分成 A、B、C、D 四組，每組 40 株青梗白菜，其種植方式

（如圖 9.）。

A 組：除每日灌溉自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑花寶 2 號(台和 園藝企業股份有限公司)以 1：1000 稀釋後之液肥 500 毫升。

B 組：除帄日灑自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑以 1：20 稀釋後之 經過功能藍菌處理的廚餘藍菌液 500 毫升。

C 組：每日灑自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑自來水 500 毫升。

D 組：除每日灌溉自來水 1 公升外，每隔 4 日加灑 1：20 稀釋後之 未經處理的廚餘廢水 500 毫升。

進行白菜重量測試時，每組選擇最大 3 株青梗白菜，測量並 記錄重量後即移除，避免白菜的根系受損而影響實驗結果，以每 組所測得的 3 個數據算出帄均值及標準差，並製作做成圖表(附錄 13.)。

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第 A 組：

每日自來水 1 公升

＋每 4 日加灑花寶 2 號營養液 500ml 50cm

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第 B 組：

每日自來水 1 公升

＋每 4 日加灑 1/20 稀釋的藍菌廚餘水 500ml

50cm

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第 C 組：

每日自來水 1 公升

＋每 4 日加灑自來 水 500ml

20m

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第 D 組：

每日自來水 1 公升

＋每 4 日加灑 1/20 稀釋的廚餘水 500ml

圖 9.田野種菜試驗示意圖

第四章 結果與討論

1. pH 值的測試：

分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

每桶測試皆進行 3 重複，記錄帄均值與標準差，實驗持續一 週並繪製成圖表（附錄 5.），經此功能藍菌處理之廚餘廢水，pH 值由 3～4（酸性溶液）變為 8～9（鹼性溶液）。通氣處理的組別

（一般好氧菌）雖然 pH 值有上升，但上升的速度與程度仍不及 加入功能藍菌組（圖 10.），經比較後證明，加入此功能藍菌可有 效提升 pH 值。

依據 pH 值的需求可將微生物分為酸性菌(acidphiles , pH 1~5.5)、中性菌(neutrophiles , pH 5.5~8)及鹼性菌

(alkalophiles, pH 8.5~11.5)。大部分微生物之體內 pH 值仍接 近於中性（吳, 2008），而水生的微生物大部分適合的 pH 值範 圍在 6.5~8.5（余, 2003）。生物體本身對外界環境 pH 改變具 有調節作用，這是因生物體內具有化學緩衝系統。pH 隨於微生 物生長時程變化時，可能明顯影響碳源及能源之利用、基質之利 用效益、蛋白質之合成、細胞物質之合成、代謝產物之釋出及其 他細胞性代謝（林, 1995）。而 pH 的改變也會降低微生物對高 溫的抵抗能力，影響到微生物的生長與繁殖。另外，pH 會影響

微生物對營養的吸收，因為 pH 會改變培養基成份的離子化型態，

多數非離子化合物比離子化合物更容易滲入細胞(Rheinheimer, 1992)。綜合來說，微生物的生長會因為代謝產物產生而改變環 境的 pH，原因是多方面造成的。

圖 10. pH 值的變化圖

2. 溶氧量 DO(dissolved oxygen)值測試：

分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

每桶測試皆進行 3 重複，記錄帄均值與標準差，實驗持續一週 並繪製成圖表（附錄 6.），經通氣處理的溶液，溶氧量皆有增加。

通氣處理的組別的溶氧量雖然有增加，但是增加的程度不及加入功 能藍菌組別，推測可能與功能藍菌（

Anabaena sp.

圖 11. 溶氧量 DO 值的變化圖

3. 化學需氧量 COD(Chemical Oxygen Demand)值測試：

分成甲、乙、丙三組，其分組如下。

(甲) 實驗組：通氣並加藍菌處理之廚餘廢水。

(乙) 對照組 a：通氣並未加藍菌處理之廚餘廢水。

(丙) 對照組 b：留存之廚餘廢水。

加入 HACH 公司出品之 COD 試劑，每桶皆取上清液進行 3 重 複測試，記錄帄均值與標準差，實驗持續一週並繪製成圖表（附 錄 7.），實驗時，因為直接測量每一組的 COD 值超過儀器測量範

圍，故以去離子水稀釋 10 倍後再測量，然後再將所得的數據乘 以稀釋倍率 10 倍，以每組所得的三個數據之帄均值及標準差做 成圖表（附錄 7.）。經通氣處理的溶液，可有效促使化學需氧量 COD 降低，推測通氣可促使有機物質的降解，而加入的功能藍菌 更可有效加速有機物質的降解速度（圖 12.）。

圖 12.化學需氧量 COD 的變化圖 4. 檢知管對於氣味分子的定量研究：

利用 Gastec 檢知管檢測氣體分子中氨氣（ammonia）、硫化 氫（hydrogen sulfide）、酚類（phenol）、乙酸（acetic acid）

及胺類（amines）等的含量。

(1). 檢測氣體分子氨氣（NH³）：

將檢知管檢測所得的數值乘以當天溫度相關係數製作

成表格（附錄 8.），結果顯示加入藍菌處理組別可迅速降 低空氣中的氨氣含量（圖 13.）二天後已檢測不出氨氣，在 顯微鏡底下發現功能藍菌

Anabaena sp.

不需產生異形細胞來協助固氮；而通氣但是未加功能藍菌 的組別於四天後才未檢測出氨氣，只有通氣處理的組別，

裡面好氧菌比較多，可以吸收臭味分子，但是效果還是不 如加入功能藍菌的組別。

圖 13.氣體分子中氨氣 NH³的變化圖 (2). 檢測氣體分子硫化氫（H²S）：

將檢知管檢測所得的數值乘以當天溫度相關係數製作成 表格（附錄 9.），結果顯示加入功能藍菌處理的組別於一天後

就檢測不出空氣中的硫化氫，表示加入的功能藍菌可快速的吸 收空氣中的硫化氫，並且使用廢水中的氨基酸，使廢水不再繼 續產生硫化氫氣體。而通氣並未加入功能藍菌的組別於二天後 才檢測不出空氣中的硫化氫（圖 14.），顯示裡面的好氧菌也 是可以吸收硫化氫，並且利用廢水中的氨基酸，不過吸收及利 用的速度不如加入的功能藍菌，所以功能藍菌的組別還是比其

它的好氧菌更能快速的降低廚餘廢水的硫化氫氣味。

圖 14.氣體分子中硫化氫 H²S 的變化圖 (3). 檢測氣體分子酚類（C⁶H⁵OH）：

各組實驗皆未驗出酚類，可能是各組的酚類分子濃度低於

(4). 檢測氣體分子乙酸（CH³COOH）：

將檢知管檢測所得的數值乘以當天溫度相關係數製作成 表格（附錄 10.），結果顯示有加入功能藍菌及未加入功能藍 菌的組別，皆於一天後使空氣中的乙酸分子低於檢知管可檢測 的範圍（圖 15.），兩組皆通氣給予足夠的氧氣與碳源，使其 能夠快速生長及處理臭味分子，酸性物質乙酸減少，溶液逐漸 轉為鹼性。

圖 15.氣體分子中乙酸的變化圖

(5). 檢測氣體分子胺類（R-NH²）：

將檢知管檢測所得的數值乘以當天溫度相關係數製作成 表格（附錄 11.），結果顯示加入功能藍菌處理的組別於一天 後就檢測不出空氣中的胺類分子，在顯微鏡底下發現功能藍菌

Anabaena sp.

水中的胺類分子作為氮肥來源，不需產生異形細胞來協助固 氮；而通氣並未加入功能藍菌的組別於三天後才檢測不出空氣 中的胺類分子，裡面的好氧菌降低空氣中胺類分子的效果，仍 然不如實驗中加入的功能藍菌。（圖 16.）。

圖 16.氣體分子中胺類 R-NH²的變化

5. 發芽率測試：

以 4 種液體所做的發芽率測試，其發芽率皆達 100％（表 4.），證明水分是種子發芽的必要條件，四組所取的液體皆為上 清液，所得結果皆沒有發黴而且 100％發芽，雖然 A、B、C 組並 無明顯味道，但是 D 組有廚餘的腥臭味。

表 4.各組液體發芽率測試

第 A 組：

花寶 2 號營養液 20ml

第 B 組：

藍菌處理過 7 天的 廚餘廢水上清液 20ml

第 C 組：

自來水 20ml

第 D 組：

未經藍菌處理過 7 天的 廚餘廢水上清液 20ml

6. 田野吸引蒼蠅測試：

第（A）組（加灑花寶 2 號）其吸引蒼蠅的程度大約與第（C）

組（加灑自來水）相同（圖 17.），經第（B）組（加灑藍菌處理 後之廚餘廢水）雖然比第（C）組稍微吸引蒼蠅，但是比起第（D）

組（加灑稀釋廚餘廢水），藍菌處理後的廚餘廢水吸引蒼蠅的程 度降低為原來的 1/3 倍，這表示廚餘廢水的臭味分子不再產生，

所以降低了廚餘廢水吸引蒼蠅的程度。

圖 17.田 野 吸引蒼蠅測試統計圖

7. 田野種菜測 試 藍 菌 液 肥 成 效 分析：

若以第（C）組『每 4 日加灑自來水 500ml』灌溉者為基準，

則第（A）組灌溉者生長最好，第（B）組使用『藍菌處理廚餘廢 水』來灌溉者次之，第（D）組使用『不經藍菌處理之廚餘廢水』

來灌溉者生長最差（圖 18、圖 19、圖 20、圖 21、圖 22）。 廚餘廢水置於藍菌處理器中培養時已稀釋 6 倍，在灌溉時再 稀釋 20 倍，其成分已稀釋 120 倍，所以藍菌液肥的肥沃度低於 市售肥料（花寶 2 號），本次試驗僅統一灌溉容量，尚未使各組 灌溉的液體鹽度一致，可以導電度法測量灌溉液體中的鹽度，使 各組的鹽度一致後，再定量進行灌溉。

圖 18.田野種菜測 試 藍 菌 液 肥 成 效 結果分析圖

圖 19.組別 A：『每 4 日加灑花寶 2 號營養液 500ml』青梗白菜生長情況

圖 20.組別 B：『每 4 日加灑 1/20 稀釋的藍菌廚餘水 500ml』

青梗白菜生長情況

圖 21.組別 C：『每 4 日加灑自來水 500ml』青梗白菜生長情況

圖 22.組別 D：『每 4 日加灑 1/20 稀釋的廚餘水 500ml』

青梗白菜生長情況

第五章 結論

本研究係以如何分離培養能淨化廚餘廢水的藍細菌為動機，淨化 廚餘廢水並使廚餘廢水成為可灌溉於農作物的液態肥料，完全不以化 學物質處理，符合政府重視的環保概念。以藍菌淨化或液肥化(通常可 於 2 日內除臭，且因將廚餘水中有機物及油脂分解，使植物更易吸收 並增加液肥的肥沃度) 。此法也亦可推廣至其他種類的微生物，利用 其分離、分解環境或水中的污染物。

本研究使用藍細菌處理廚餘廢水至澄清潔淨的速度比化學方式慢 為其缺點(頇 15～20 日左右，而且與日光強度及溫度有關)，但是使用 功能藍菌處理廚餘廢水，是比較環保、便利而且便宜的方式。加入功 能藍菌的通氣組別，利用檢知管檢測NH³的數值，經過 1 天後已偵測不 出NH3，而未加入功能藍菌的通氣組別（以下簡稱對照組 a），需經過 3 天方可達到檢知管檢測不出的程度；H²S 是俗稱的臭雞蛋味，加入功能 藍菌的組別，於加入廚餘廢水的隔天已檢測不出 H²S 臭味，而對照組 a 在第 2 天才達到檢知管檢測不出的程度；胺的相關化合物（R-NH²）經 過功能藍菌的處理後，經過 1 天後也可達到檢知管檢測不出的程度，

但是對照組 a 則是在 3 天後才達到檢知管檢測不出的程度；檢知管檢 測乙酸(acetic acid)時發現，加入功能藍菌組與未加入組皆於 1 天後 檢驗不出乙酸，可能是空氣中乙酸的含量低於檢知管檢測範圍，因為 兩組皆有使用打氣機通氣培養微生物，所以通氣處理在乙酸分子的檢 測中，可以降低廚餘廢水中的乙酸氣體分子的含量；檢知管檢測酚類 時，因為其含量低於檢知管檢測範圍，所以皆未檢測出酚類分子。

廚餘廢水經過稀釋 1/6 倍（3 公升廚餘廢水、12 公升自來水、3 公升 2.0g/L 的功能藍菌液）及通氣處理後，再經過本研究之功能藍菌 作用後，可有效並快速的減少或分解臭味分子，而通氣處理的組別，

裡面的好氧菌雖然也可以減少或分解臭味分子，但是速度比本研究所 使用的的功能藍菌慢。

在本實驗中亦探討經功能藍菌處理過之廚餘廢水，對於種子發芽 的影響，於田野試驗中探討其藍菌液肥吸引蒼蠅程度及對青梗白菜的 影響。實驗結果顯示藍菌液肥並不影響種子發芽情況，皆可達到 100

％的發芽率。於田野試驗中發現使用的藍菌液肥稍微會吸引蒼蠅，而 吸引的程度大約是廚餘廢水的 1/3 倍左右，農夫在灑有機肥（如：雞 屎肥）時，常常吸引來大量的蒼蠅，雖然可能協助作物授粉，但是對 農田周圍的住家卻造成困擾，除了肥料本身的臭味之外，也造成蒼蠅 漫天飛舞，居家衛生及生活品質因而降低，若是蒼蠅污染食物，更有 能讓人拉肚子或導致腸胃發炎，本研究中利用功能藍菌使廚餘廢水成 為天然藍菌液肥，可提供作物有機養分，又不會大量吸引蒼蠅。

經過功能藍菌處理過的廚餘廢水除了可以降解臭味分子外，更可 以將廚餘廢水中的養分及藍菌本身光合作用所產生的養分，作為灌溉 農作物的液肥使用，成為利於植物吸收的形式，使青梗白菜的產量提 升，雖然效果稍不及市面上販售的花寶 2 號配方肥料，但是這種藍菌 液肥是在處理廚餘廢水後，額外所獲得的天然液態肥料，在近代強調 天然有機栽培的風潮下，有些人摒棄過去促使作物長的又大又快的化 學肥料，轉而選擇天然的有機肥料，因為經由化學施肥的作物，雖然

長的又大又快，但是營養成分並不均衡，而吸取天然有機肥料的作物，

雖然長的稍慢，但是農作物吸收的是已經先經過微生物初步分解後的 天然有機物，其中的營養成分較為均衡，更適合人體來食用，本項研 究所產生的藍菌液肥或許也可以發展成另類的天然有機肥。

此研究之功能藍菌可將油脂均乳化並形成膠塊狀，可簡易撈起另 以固體廚餘方式處理，或待其由功能藍菌逐步分解。此種處理廚餘水 方式，只要功能藍菌的濃度夠（最終濃度至少高於濕重至少 2.0g/L ）， 自來水或廚餘水均不必經消毒處理，功能菌則可自然形成優勢菌種，

簡單易行且易於推廣。

目前台灣廚餘回收政策傾向於回收固態食物殘渣作為養豬或堆肥 用，政府要求人民必頇先行濾除廚餘廢水，以增加廚餘回收車運送固 體廚餘的效率，而且政府對於廚餘廢水尚未有處理的配套措施，住家 濾除固體廚餘後的廚餘廢水，應該都是沖入流理台水管或馬桶，以家 庭廢水的形式排放到水溝中，其結果可能造成家中水管的阻圔，吸引 蟑螂滋生繁殖，若是濾除的廢水能夠先經過功能藍菌處理，則廢水中 的油脂可被凝結（功能藍菌仍可繼續處理），營養物質經過功能藍菌利 用後，不易產生臭味分子，已產生的臭味分子仍可被功能藍菌降解，

澄清之液體則可順利排流或用於種菜或澆花，亦可用於自家種菜的嗜 好。後續研究若是此功能藍菌可供動物食用，則可將廚餘廢水所培養 出的固態功能藍菌，交由廚餘回收車作為養豬飼料或是做為飼料添加 物使用。

第六章 參考資料

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