讓水生生物窒息的綠色殺手——優養化│科基百科

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

本文由 經濟部水利署 委託，泛科學企劃執行。

人體有 70% 是水，而地球表面亦有 70% 被水覆蓋。「水」對人類來說，是賴以為生的必要資源，又因「水」相對容易取得，讓人們不易察覺水的珍貴。

在近年氣候變遷衝擊下，旱澇交替已成常態，經濟部水利署賴建信署長接受泛科學專訪時亦表示，依據聯合國政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）第 6 次評估報告（AR6）分析，未來臺灣連續不降雨日數及最大暴雨強度將明顯增加，對於水資源及水環境帶來嚴峻挑戰。

具體來說，未來降雨將會更集中在特定時間與地點，在降雨地區造成更嚴重的洪災，讓非降雨地區的缺水情形更加嚴重。結果是降雨地區的水庫會不斷洩洪，無法有效收集雨水，而非降雨地區的水庫又會完全沒水。

這情景也預示著我們平常容易取得的「水」，將轉變為更稀缺珍貴的資源；然而，水又是人生存所必須，若現在不採取行動，水資源終將成為人類生存的最大束縛。

為了讓企業、政府、學術單位能更重視未來所面臨的水資源問題，水利署於 10 月 23 日舉辦的「2023 臺灣國際水論壇」以「水未來」（Vision for Water）為主題，針對「水與企業永續」、「水與能源鏈結」、「水與自然解方」、「水與減碳科技」，希望形成創新的漣漪，向外擴散，激盪出國內外產、官、學界合作契機。

而擔任「水與ESG-厚植企業永續競爭力」場次的講者，是來自東海大學國際學院永續科學與管理學士學位學程的 Aleksandra Drizo 教授，她以數據與實際案例，揭露水資源短缺到底有多麼迫在眉睫。

全球有35億人，沒有安全與衛生的水可用

Drizo 指出，聯合國 2023 年公布的 SDGs 第六項「確保所有人都能享有水、衛生及其永續管理」報告中，指出世界上 35 億人缺乏乾淨用水與基本衛生條件，並強調：「獲得安全用水，環境衛生和個人衛生是人類健康與福祉的最基本需求。」而若要達到 SDGs 的 其他目標，又以第六項為最重要的核心，因為唯有確保人人都能用上乾淨的水，才有路徑完成其他目標，例如：第二項「終止飢餓」，就必須在確保有穩定乾淨的水源情況下，才可能達成。

Drizo 進一步指出，近幾十年來，儘管在改善飲用水和衛生條件方面有所進步，但仍有大量人口無法獲得安全飲用水和基本衛生設施。根據聯合國發布的 《Development and Globalization: Facts and Figures 2016》 資料，從 1990 年到 2015 年間，全球人口增長了 26 億，對水資源的調度與供給造成了巨大壓力。而在 2023 年世界衛生組織提供的乾淨飲用水調查資料中，直到2022年，仍有 22 億人口無法獲得安全飲用水，也與前面聯合國 2023 年的調查報告呼應，再次呈現水資源問題日益棘手的趨勢。

水資源困境並非全是全球人口成長惹的禍，全球氣候變遷造成更加頻繁的極端天氣事件，正讓全球面對過往不曾出現的乾旱。《衛報》2022 年報導歐洲面臨前所未見的熱浪與旱災，法國、荷蘭、比利時、瑞士、義大利、西班牙的河流，已經能直接看到河床，當時西班牙政府宣布限水，表示全國儲水量已達歷史新低，只有總儲水量的 40%，且每周都以 1.5% 的速率持續下降。

如今全球氣候變遷造成的水資源問題，也逐漸成為常態，《紐約時報》2023 年 10 月報導，如今西班牙仍處於缺水中，西班牙南部的水龍頭已經流不出水了，甚至連水井都已經枯竭，不只農業無法正常發展，民眾還必須仰賴水罐車或罐裝水維生，根據西班牙政府的報告，若缺水成為常態，則本世紀末將有近 74% 的西班牙國土，將面臨沙漠化的問題。

臺灣也面臨缺水問題

臺灣也未能逃離缺水的命運。2021 年春天，發生了 56 年來最嚴重的乾旱，當時外國媒體全都持續關注這場旱災，深怕缺水影響新竹科學園區的產線。而水利署搶先在 2021 年開通的「桃園—新竹備援管線」，從桃園每日調度 20 萬噸的水給新竹，才讓外媒的擔心沒有成真。

此外，臺灣水污染與地下水過度開採也導致水資源匱乏。要扭轉這一局面，則需要從多方面著手，水利署也已經開始建置相關工程並陸續投入使用，例如：高屏溪的「伏流水」與臺中水楠經貿園區淨化污水再利用的「再生水」，為地方開創多元水源，創造更有保障的用水環境。

Drizo 表示，臺灣的水庫也因氣候變遷面臨「優氧化」問題。由於水庫的水停滯過久，營養物質（氮和磷的化合物，相當於肥料）逐漸累積在水中，加上近年溫度上升，讓水中藻類與浮游生物孳生。在 2023 年的水利署水質檢測報告中，全國 20 個主要水庫中有 8 個水庫的水質已經優養化，這些優養化的水會對淨水廠造成額外負擔，而過濾出來的廢棄物處理也是個難題。

而 Drizo 針對優養化問題，提出以自然為本的解決方案（Nature-based Solutions, NbS)），並分享過去在各地施行的案例，例如：在 2009 至 2011 年與屏東科技大學的研究計畫，架設的社區小型污水淨水廠，以及用在美國俄亥俄州的農業污水淨水方案。最後 Drizo 分享了將廢棄物轉化生成富營養肥料等高附加價值產品的相關技術研發。也就是說，在淨水的同時，還能把廢棄物轉換為有價值的肥料，這不僅可以提高水資源利用效率，也具有重要的環保意義。

Drizo 的演講代表了學界在水資源問題上的重視，也提到了水利署正一步一腳印地改善臺灣用水環境，那麼身為用水大戶的企業，又有什麼作為呢？

企業面臨的永續發展難題

臺灣美光記憶體的環安衛、風險管理暨永續發展處處長江頴俊在「水與ESG-厚植企業永續競爭力」場次分享該公司的實際經驗，臺灣美光記憶體透過「綠色基礎設施」、「流程優化」和「設備更新」的措施，成功達成每一滴水重複利用三次的目標，這項措施每年節省約 6000 萬立方公尺的水，相當於 6500 座奧運游泳池的水量。

然而，像美光這樣能提出具體目標與可信成果的企業並不多見，一同演講的法國北方高等商學院基礎建設研究中心 （EDHEC infra）的資深研究工程師 Nishtha Manocha，則說明大部分企業的永續發展目標缺乏 「設定具體可行的環保目標」以及「準確量化環保成果」。

許多企業的永續發展目標僅停留在概念階段，並沒有具體的達成路徑與量化檢核指標，這種模糊不清的目標將無法帶領企業持續行動。而更嚴重的是在量化成果這塊，目前企業仍多以內部數據來評估成效，缺乏第三方機構的驗證，資料的真實性可能會遭到質疑，也衍生出了「漂綠」的相關問題。

同場演講者—資誠聯合會計師事務所所長暨執行長周建宏，則表示「永續發展」已經是熱門的投資標的，投資人也害怕自己把錢給了「漂綠」的公司，最後虧得血本無歸。因此，在投資人的引導下，企業的永續發展目標會更為清晰，加上相關監管機構陸續成立，企業勢必將花更多心思在財報與資料呈現上，不能再打著永續發展的大旗，來跟投資者畫大餅。

打造全球水未來

在「水與ESG-厚植企業永續競爭力」這場演講中，我們看到政府、企業、學界一同合作，共同討論如何解決水資源匱乏的難題。無論是學界針對水質優養化問題所提出的解決方案，抑或是透過投資人監督，讓企業能落實永續發展目標，都能看見世界正迅速朝永續水資源管理轉型。然而，各項監測指標仍顯示氣候變遷亦在加速，將我們推入未知領域，我們必須加快行動，才不會讓更嚴峻的水資源稀缺成為未來世代的枷鎖。

• 「水與ESG-厚植企業永續競爭力」講者簡報
• Climate change affecting water quality – Taipei Times
• Europe’s worst ever drought: in pictures | Environment | The Guardian
• A Glimpse Into Spain’s Future, Where Water Comes by Truck, Not Tap
• MITERD. (2022). Estrategia Nacional de Lucha Contra La Desertificación En España.

編按：在上一篇〈如果有一天，魚都不見了～世界會變得怎麼樣？——《下一個物種》〉中，我們從加利福尼亞灣的案例得知，由於溶氧極低層的持續擴張，讓美洲大赤魷取代衰退的魚群，成為了海洋的強勢物種。而本篇則會介紹，當美洲大赤魷佔領了海洋後造成了那些後果？這個現象背後的因素和帶來的發現又有哪些呢？

在鱈魚的悲歌中，美洲大赤魷打了一個飽嗝

美洲大赤魷以加利福尼亞灣的燈籠魚為食，不過，牠們或許更喜歡智利、秘魯以及加州北部的鱈魚。所謂「鱈魚」，其實包含了好幾種隸屬鱈科 (cod) 的大型海洋魚類。過度捕撈和缺氧海水壓縮了鱈魚捕撈業的生存空間，南美洲相關當局正為此傷神。加州北部的鱈魚捕撈業尚未受到海水缺氧的問題影響，但那裡的底棲生物可沒這麼幸運。

俄勒岡州和加州外海，溶氧極低層已經往上擴散，並且愈來愈靠近海岸。「溶氧極低層已和大陸棚相交，並往內陸快速移動，就像一條衝破堤岸的河流，」吉利如此說道，「再者，有許多棲居在海洋底部的生物根本沒有移動能力。」

太平洋西北部美洲大赤魷的數量激增，已經衝擊了脆弱的鱈魚捕撈業。

舉個例子，二〇〇九年，在鱈魚魚群出沒的區域，出現了大量美洲大赤魷，據聲納探測估計的結果，該區域的鱈魚數量已經無法滿足美國及加拿大兩國的國定配額。

在美洲大赤魷出沒的海域深度，鮮少有可以制衡牠的捕食者存在。像鮪魚和鯊魚這類用鰓呼吸的有鰭魚可以下潛至溶氧極低層的上界，但鮮少有魚類可以潛入溶氧極低層，在其中待上夠長的時間，並獵捕魷魚為食。每一年，大白鯊會固定移動到夏威夷，來自史丹佛大學的科學家追蹤大白鯊的活動軌跡後發現，許多大白鯊會停留在途中一處他們戲稱為「大白鯊咖啡館」的中洋區。在這裡，大白鯊反覆下潛至溶氧極低層的上方，牠們是在這裡獵食嗎？這個問題目前尚未解答。吉利認為，這些大白鯊下潛可能是為了獵捕美洲大赤魷，或者是同在這裡出沒的南魷 (Purpleback flying squid) 。

死區、深海散射層的推波助瀾，情況繼續惡化

含有肥料成分的逕流自加利福尼亞灣東北方的海岸流入大海，或許增強了該區域的低氧效應。在美國密西西比河河口、中國長江口、東歐黑海盆地、離開挪威、瑞典與丹麥的斯卡格拉克海峽 (Skagerrak) 、開羅盆地，以及委內瑞拉近岸處，這樣的逕流已經打造出所謂的「死區」。目前，全球死區已超過一百五十處。

死區和溶氧極低層的差異在於，後者是指海岸及中洋環境日光能照射到的最大深度之下，氧氣不足的特定水層。溶氧極低層的縱深介於兩百至七百公尺，科學家測量後發現，過去五十年來，溶氧極低層的氧氣含量下降，垂直及水平的界線都已擴展。

至於日光照射最大深度的水層，又稱為深海散射層 (deep scattering layer) ，二十世紀海軍軍官發現，聲納探測碰到這一層有許多海洋生物聚集的水層時，會得到假性的海床回聲。浮游生物聚集在這裡躲避看得見的捕食者，而浮游生物的食性會耗去水中溶氧，因此形成下方的溶氧極低層。

能夠在溶氧極低層生存的海洋生物實屬少數。不過，美洲大赤魷正好是其中之一。進入溶氧極低層的美洲大赤魷，新陳代謝速率會減緩，比起牠們在海洋表面活動時，耗氧量減少百分之二十。特化的鰓使美洲大赤魷以更有效率的方式搜括水中溶氧，追逐獵物時，美洲大赤魷的心臟也不需要狂跳，畢竟牠們的獵物因為缺氧導致行動減緩的程度，遠遠高於美洲大赤魷。「這可不像獅子追逐瞪羚，」吉利說道，「牠們捕起魚來輕鬆多了。」

加州漁業的重要組成分子，一種體型較小的管魷 (common market squid) ，恐怕無法在溶氧極低層生存。吉利研究這兩種魷魚已長達數十年，他相信，溶氧極低層的擴張會導致美洲大赤魷族群繼續擴大。對有鰭魚類而言，這是個壞消息，畢竟體型較大的魚類為了尋找氧氣含量較豐富的水層，早已集中在深度較淺的海域，導致牠們更容易成為商業漁獲的戰利品。在秘魯和智利沿岸，洪保德海流流經的區域，是全球商業漁獲量最豐富的地方，然而溶氧極低層的狀況正發生，使人不禁懷疑漁獲豐富的情景還能存續多久。

歷史總是驚人地相似

這齣發展當中的悲劇，最主要的凶手可能就是氣候變遷。溫暖的海水含氧量較少，氣候變得溫暖，能夠為表層海水攜來氧氣的風也變少了。結果就是海洋分層變得更明顯，海洋表層較溫暖的海水凌駕下方密度較高的冰涼海水，妨礙了水中溶氧的混合。此外，極區的海冰縮減可能減緩海流循環的速度，而海流可以帶來太平洋和大西洋深層含氧較多的海水。兩億五千萬年前的二疊紀大滅絕，大氣層二氧化碳濃度增加，造成地球暖化，導致海中缺氧，九成海洋生物因此死亡。白堊紀大滅絕的主因同樣也是海水缺氧。

大目鮪、劍魚和鯊魚可以下潛至溶氧極低層之上，但是很少有魚類能夠長期待在溶氧極低層。抹香鯨、象鼻海豹和一些海龜是最常穿梭於溶氧極低層的生物，然而要能夠承受缺氧的生存壓力，生物必須經過極大的適應。對這些能夠穿梭於此的動物而言，溶氧極低層的上界可謂海中一處隱密的寶地，因為這裡海洋生物數量豐富。

——本文摘自《下一個物種》，2019 年 4 月，臉譜出版。

本文由 民視科學再發現 委託，泛科學企劃執行。

我家門前有小河～裡面綠綠的～哇！眼前這片厚實的綠，莫非代表著無限生機？

才不！以前課本都有學過，這樣的現象稱為「優養化」，主要是由於清潔劑、肥料或穢物等等，對植物來說超級營養的物質流入河川、溪流中，而這些營養物質通常包含氮、磷等元素。

然而某些熱帶地區的氾濫平原，也可能會因為季節性的洪水氾濫，而將磷酸鹽類通通帶進水裡。

這些超爆營養的物質會使得水體中的「初級生產力」增加，讓藻類啊、浮游性植物啊像發了瘋似的快速生長。

漸漸地，水體的顏色開始改變……紅色綠色黃色褐色，水裡頭總是有許多，許多顏色的彩虹燈！（大誤）

優養化會讓水中的生物漸…漸…窒息……

植物一直長，那不就可以促進光合作用，生成好多好多的氧氣！ \ 萬歲 /

修但幾勒！實際上的情況可以說是完全相反啊！如果優養化發生了，首當其衝的便是生物多樣性降低，整個生態系的物種結構、優勢物種全都跟著改變！　

在白天，因為植物數量大增，確實會讓水中的溶氧量增加；不過一旦到了晚上，這些藻類與依附在其中的微生物，會進行大量的呼吸作用，使得水裡的溶氧量急速下降！

當溶氧量降到一定程度，水裡的魚、蝦與其他底棲類生物，便會因為缺氧而窒息死亡；如果情況越演越烈，整個水體變成「厭氧」環境的話，便會促進一些可能產生致命毒素的細菌生長，如肉毒桿菌。

從源頭做好，才是解決優養化問題的關鍵

科學家神通廣大，應該可以挽救吧？！

優養化的發生過程其實頗為漫長，等我們意識到水變得混濁，顏色也不再自然的時候，通常已經回～不～去～了！QAQ

是的，沒錯！一旦我們讓水變得營養滿分，其實很難恢復成原樣。

所以說，從源頭開始做好污水處理、營養鹽消耗，減少含氮、磷等營養鹽在水體中的含量，真的非常重要啊！

錯誤用法：如同七彩霓虹燈的水最漂釀惹ヽ(✿ﾟ▽ﾟ)ノ
正確用法：水流管理做得好，優養化情況自然少

資料來源

• 科學 Online 《優養化 (Eutrophication) (一)》、《優養化 (Eutrophication) (二)》、《優養化 (Eutrophication) (三)》