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解開污水會發臭之謎──史蒂芬森(1885-1948)

   1945年,世界上最著名傳統的科學團體──英國皇家科學會,二百八十年來第一次將院士的殊榮,頒發給一個女性,感謝她在微生物學的研究,解開了人類長期以來無法瞭解「為何污染、污濁的水中,就會產生臭味?」的謎。這個女性就是史蒂芬森(Marjory Stephenson, 1885-1948)。
  史蒂芬森來自一個貧窮的家庭,她努力求學,進入劍橋大學的醫學系,她對微生物生理學特別有興趣,而且擅長實驗分析,可惜1912年,歐洲進入動亂,獎學金中斷,無法繼續唸書,她加入國際紅十字會,前往歐洲巴爾幹戰場,拯救受傷的士兵,她因救護多人,獲得勳章。
  戰爭結束後,她回到劍橋大學擔任微生物化學研究室的助理,當時從事微生物化學的研究者不多,將微生物與化學聯在一起更是一個跨領域,有更寬廣的探討空間,她以這全新的領域去探討「為何污水會發出臭味?」的古老問題。
  她在1926年,首先提出缺氧水中的細菌clostridium sporogena含有酵素,只有在缺氧的環境中才能夠釋放甲烷,這是很重要的一個發現,細菌是有機污染化學分解的作用者,她稱:「細菌是化學作用的魔術師。」因這研究成果,她升任為講師。
  1931年,她發現缺氧中的另一種細菌Desulphvibro desulphuricans能將有機硫轉換成硫化氫,硫化氫自水中溢至空氣,就成為污水臭味的主要來源,這不只是第一個發現污水會發臭是細菌的作用,也成為工業污水中重金屬如鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)等的一個去除機制──就是在缺氧的環境中,在水中與硫化物結合,成為難溶的硫化鎘、硫化汞與硫化鉛而沈澱。原來幫助人類去除重金屬污染的機制,早就存在大自然中,只是過去無知,沒有妥善的利用。
  史蒂芬森因為經常在實驗室中研究會發出臭味的細菌,她身上也常沾染硫化氫的臭味,學生們稱她為「臭味女士」,她在學校開授「微生物化學」,她上課的內容非常難,她提出:「教育的秘密不只在教,更在學生學習的熱忱,而這熱忱來自學生願意將課程當成考驗自己力量極致的目標。」
  她對微生物化學的投入,使微生物學成為許多學系的大一必修課目。例如,她也讓微生物學進入地質學,地質學家才發現海灘底泥常呈黑色的原因,是細菌的作用產生的硫化鐵沈澱;微生物學進入生命科學,生命科學家才發現營養份的循環再利用,有微生物的分解幫忙;微生物學進入工程領域,工程師才知道河川污水能淨化,最主要發生的地方是河底薄薄一層的底泥,處在那裡表面的底泥微生物能進行好氧分解,底下的底泥微生物能進行缺氧分解。
  這成為後來生態工程師以水深30~80公分的人工濕地,來淨化污水的主要依據,因為在那裡可以讓底泥與水有更多的接觸。

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