Soil Pollutants

ภาควิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม           คณะวิทยาศาสตร์           มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์           


.

................

 

 

 

 
      การเปลี่ยนรูปของมลสารในดิน (Transformation)

สารเคมีทั้งที่เป็นสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์สามารถเปลี่ยนรูปในดินได้เนื่องจากกระบวนการทางเคมี แบ่ง pathway  ของการเปลี่ยนรูปโดยสิ่งไม่มีชีวิตได้ดังนี้

  1. hydrolysis and redox reactions

  2. surface-enhanced degradation

  3. photodecomposition

  4. complex formation

  5. mixture transformation


    1. การเปลี่ยนรูปในน้ำในดิน (transformation in soil water)

การเปลี่ยนรูปของสารพิษโดยการชักนำจากสิ่งไม่มีชีวิต ที่เกิดขึ้นใน soil liquid phase เป็นผลจากปฏิกิริยา hydrolysis, redox, photolysis การเกิด complexation และจากปฏิกิริยาหลายรูปแบบผสมกัน

   1.1 Hydrolysis

กระบวนการเกิดและการแตกของพันธะ (bond) เป็นตัวกำหนดลักษณะของปฏิกิริยา hydrolysis ตามสมการ

RX + HO- ----H2O --->  ROH + X-

ตามปกติมักจะไม่พบ lag phase ใน abiotic hydrolysis เหมือนกับที่เกิดในปฏิกิริยา hydrolysis ที่ชักนำโดยสิ่งมีชีวิต (biotic induced hydrolysis) แต่สามารถพบได้ใน abiotic degradation ที่มีปฏิกิริยา autocatalytic เกิดขึ้น การเกิด abiotic hydrolysis ของมลสารในน้ำขึ้นกับค่า pH     pathways ที่สำคัญใน soil water คือ acid-catalyzed, base-moderated และ neutral (pH-independent) hydrolysis    rate ของปฏิกิริยา acid-catalyzed  เพิ่มขึ้นเมื่อ pH ลดลง rate แปรผันตรงกับ hydrogen ion activity (concentration) ในกรณีที่ปฏิกิริยาเป็น neutral hydrolysis นั้น rate จะไม่ขึ้นกับ pH

ทั้งสารอนินทรีย์ เช่น โลหะ และสารอินทรีย์เกิดปฏิกิริยา hydrolysis ในสารละลายน้ำ pH มีผลต่อ rate ของปฏิกิริยา hydrolysis ของสารประกอบอินทรีย์  จากผลของ acid-base หรือโดยการเปลี่ยน speciation ของสารประกอบ  การเปลี่ยน pH สามารถก่อให้เกิดการเลื่อนไปของ equilibrium เนื่องจาก species ที่มีประจุ หรือไม่มีประจุมักมีค่าคงที่ของ hydrolysis rate ที่แตกต่างกัน

อุณหภูมิมีผลต่อ rate ของ hydrolysis โดยความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและ rate constant แสดงได้ด้วยสมการ Arrhenius equation

k obs   =  Ae-Ea/RT

k obs คือค่า observed global rate constant  , A  เป็นค่าที่ขึ้นกับความถี่ของการชน (collision frequency) , Ea (Jcal mol-1)  เป็นค่า activation energy  และค่า R เป็น ค่า universal gas constant และ T(K) เป็นอุณหภูมิของปฏิกิริยา

ใน water phase มีมลสารที่มีสมบัติต่างๆ กันอยู่มากมาย การเกิด cosolute มีผลต่อการเกิด hydrolysis ของสารเช่นในกรณีของโลหะที่ละลายได้หรือ humic acids ในปฏิกิริยาของสารพิษอินทรีย์ที่มีอยู่ใน water phase เดียวกัน แต่ก็มีนัยยะน้อยมาก  กรดอินทรีย์และกรดอนินทรีย์ กับ conjugated bases ของมัน มักจะอยู่รวมกันในแหล่งน้ำธรรมชาติ และมีการแปรเปลี่ยนไปได้มากทั้งในรูปของโครงสร้างและความเข้มข้น   

              1.2 Redox reactions

            ผลของการเคลื่อนย้ายอิเลคตรอน (electron transfer) ก่อให้เกิดการเปลี่ยน oxidation states ของ reactants and products   reductants and oxidants หมายถึงผู้ให้อิเลคตรอน (electron donors) และผู้รับโปรตอน (proton acceptors) เนื่องจากไม่มี อิเลคตรอนอิสระ (free electron) ดังนั้นทุกครั้งที่เกิด oxidation ก็จะมีการเกิด reduction ทำนองเดียวกันเมื่อเกิด reduction ก็จะเกิด oxidation ด้วยเช่นกัน ใน aqueous solution ค่า proton and electron activity  แสดงในรูป pH

pH  =  -log[H+]

 ค่านี้จะต่ำในสารละลายกรด (acid solution) และจะสูงในสารละลายด่าง (alkaline solution) ทำนองเดียวกันเราเขียนสมการให้กับ redox ได้เป็น

pe   =  -log[e]

pe เป็นค่า (hypothetical) electron (e) activity ที่ equilibrium และวัดค่า relative tendency ของสารละลาย ว่า จะรับ (accept) หรือ ให้ (transfer) อิเลคตรอน

ในสารละลายดิน มีสารไม่กี่ตัวเท่านั้นที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ redox (C, N, O, S, Fe, Mn)  abiotic oxidation ของมลสารประเภทสารอินทรีย์เกิดในสารละลายดินภายใต้สภาวะไร้อากาศ (anaerobic condition) และ abiotic reduction อาจเกิดในดินที่อิ่มตัว (saturated soil) และในตะกอน (sediment) โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการ redox ใน soil-liquid  phase เป็น light-mediated on the soil surface และ biologically mediated within the soil profile

  1.3 Photolysis

            สิ่งแวดล้อมทางเคมีของผิวดินลึกลงไปประมาณ 0.5 ซม. มีความแตกต่างกับดินทั้งก้อน (bulk soil)  และที่ผิวดินมีผลกระทบจากแสงอาทิตย์ ย่อมก่อให้เกิดการเปลี่ยนรูปทาง photochemical ของมลสารที่ละลายอยู่ใน soil liquid phase

ปฏิกิริยาที่เกิดด้วยแสง (photoreaction) ไม่ว่าจะเป็นการเกิดโดยตรงหรือทางอ้อม เป็นตัวบ่งบอกลักษณะของกระบวนการที่เกิดขึ้นบริเวณ soil-water interface กระบวนการ photolysis ที่เกิดขึ้นโดยตรงโดย substrate ดูดซึม (absorption) แสงแดดโดยตรง

P  +  light  P*   -------->   products

P คือ photoreactive substance และ light  P*  เป็น excited state ที่เกิดปฏิกิริยาเพื่อให้เกิด products การเกิด indirect photoprocesses เริ่มต้นโดยผ่านทางการดูดซึมแสง (light absorption) ส่วนที่เป็น photoreactive ซึ่งให้สัญญลักษณ์เป็น “sens”  ตัวอย่างเช่น sentitizers

sens  +  light  -------->  sens*

sens*  +  P  -------->   products

rate ของ photoreaction ชนิดใดก็ตามขึ้นกับ rate ของ การดูดซึมแสงโดย photoreactive species Ia และ  quantum efficiency ของปฏิกิริยา f

 Rate  =  Ia f

Rate ของการดูดซับแสงโดยวัตถุที่อยู่ในน้ำขึ้นกับสเปคตรัมของแสงอาทิตย์ที่ส่องทะลุผ่านลงไปในน้ำ และ geometry ของสนามของแสง (light field)

สารธรรมชาติเช่นสารฮิวมัส ใน soil solid phase ทำหน้าที่เหมือน sensitizer ธรรมชาติ โมเลกุลประเภท electronically excited สามารถที่จะเร่งกระบวนการได้อย่างดี และทราบจำนวนของการเปลี่ยนรูปที่เหนี่ยวนำโดยแสงของมลสารที่เป็นสารอินทรีย์ ขั้นตอนของการส่งผ่านพลังงานให้กับสารฮิวมิก ซึ่งจะเป็น excited sensitizer (HS*) และเข้าทำปฏิกิริยากับตัวรับพลังงาน (energy acceptor)

            การดูดซับแสงยกระดับโมเลกุล photosensitizer (HS)  ไปอยู่ที่ first excited state 1HS*ซึ่งมีช่วงอายุสั้นมากและจะเปลี่ยนรูปบางส่วนไปอยู่ที่ excited triple state 3HS* ซึ่งมีช่วงชีวิตที่ยาวกว่า แต่บางส่วนก็จะตกกลับไปสู่ ground state หรือส่งต่อพลังงานไปให้กับมลสารที่เป็นสารอินทรีย์ (TOC) ซึ่งฟอร์มตัวไปอยู่ที่ triple state (TOC*) และให้ photoproducts ของมันในที่สุด หรือส่งผ่านพลังงานไปให้ O2 ที่อยู่ที่ ground state และในทางกลับกันอาจจะสลายตัวกลับสู่ ground state หรือทำปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วกับ acceptor (TOC) และฟอร์มตัวได้ photooxidation products

               1.4 Coordinative relationships

            หากมีการเปลี่ยนความสัมพันธ์ของ coordinate เนื่องจากการเปลี่ยนคู่ หรือการเปลี่ยนจำนวนของ coordinate การเปลี่ยนรูปเกิดที่สมบัติของมลสาร การรวมตัวของ cations กับโมเลกุลหรือกับ anions  ที่มีอิเลคตรอนคู่อิสระ (bases) เรียกว่า coordination หรือ complex formation ซึ่งอาจเป็นการรวมกันแบบ electrostatic, covalent หรือทั้งสองอย่างผสมกัน เรียก metal cation ที่มารวมกันว่า central atom ส่วน anions หรือ โมเลกุล ที่ฟอร์มเป็น สาร coordination ว่า ligand

chemical speciation หมายถึงรูปฟอร์มที่แท้จริงของโมเลกุลหรืออิออนที่แสดงตนในสารละลาย เนื่องจากในสารละลายดินประกอบด้วยสารหลายชนิดทั้งที่ละลายได้และในรูป colloids ของสารธรรมชาติที่กระจายกันอยู่ จึงมีความเป็นไปได้ที่ใน soil liquid phase เดียวกันนั้น โมเลกุลเดียวกันอาจจะอยู่เป็นแค่ species เดียวหรือมากกว่า หนี่งชนิด โดยการรวมตัวแบบ complex กับองค์ประกอบหลายชนิดในสารละลายดิน ทำให้สมบัติเดิมของโมเลกุลสารพิษเปลี่ยนไป การเปลี่ยนรูปเกี่ยวข้องกับสมบัติของสารพิษเนื่องจากดูดซับกับ soil solid phase  เคลื่อนย้ายไปกับ soil profile และความคงทน สมบัติของสารที่เปลี่ยนรูปแล้วนั้นเป็นผลมาจากการเปลี่ยน Coordinative relationship ของทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์

เป็นการยากที่จะแยกให้ชัดเจนระหว่างสารที่ละลายกับสารที่เป็น colloid ที่กระจายอยู่ ตัวอย่างเช่นตะกอนของอิออนของโลหะที่เป็น colloid บางครั้งอาจจะมีขนาดอนุภาคเล็กกว่า 300 Ao  เล็กพอที่จะทะลุผ่าน membrane filter สารอินทรีย์สามารถช่วยได้เป็นอย่างดีในการฟอร์มตัวเป็นสาร colloid ฟุ้งกระจายที่คงตัว ข้อมูลของชนิดของ species ที่ปรากฏอยู่ในต่างสภาวะทางเคมี เช่น ชนิดของการเกิด complexes ความคงทน และอัตราของการฟอร์มตัว เป็นข้อมูลเบื้องต้นที่จะเข้าใจการเปลี่ยนสมบัติของสารพิษใน soil water

               1.5 Liquid mixture transformations

การศึกษาพฤติกรรมของ water-immiscible ligands เช่น สารผสมของ nonaqueous pollutant liquid (NAPL) หกปนเปื้อนบนผิวดิน การกระจายออกไปของสารดังกล่าวในดินจะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลามากขึ้น ส่วนที่สามารถระเหยได้ดีจะเคลื่อนย้ายไปสู่ gaseous phase ที่มีอยู่ในรูพรุนของดิน และต่อไปยังบรรยากาศในเวลาต่อมา  หรือดูดซับกับ solid phase หรือละลายอยู่ใน soil aqueous phase ส่วนที่ระเหยได้น้อยกว่าในสารผสม NAPL จะเคลื่อนย้ายในรูปของเหลวเข้าสู่ดินที่มีรูพรุน ระหว่างการเคลื่อนย้ายผ่าน unsaturated zone เกิดการระเหย การดูดซับกับ solid phase และละลายกลับ (dissolution) ใน soil water ภายใต้สภาวะนี้ soil-liquid จะเป็น multiphase system ในระบบนี้ จะแยก liquid phase ได้เป็น 2 ระบบ คือ (1) non-aqueous pollutant liquid phase (NAPL) ที่มีสมบัติทางเคมีแตกต่างไปจาก NAPL เริ่มต้น และ (2) เป็นส่วนผสมของ aqueous solution ที่บางส่วนของ miscible organic compounds ละลายใน aqueous phase จาก NAPL mixture

สมบัติด้าน chemodynamic ของ multiphase liquid เปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับสภาวะเริ่มต้นของสารของสารที่เป็นองค์ประกอบ ในกรณีของสารผสม NAPL ทั้งสมบัติทางกายภาพและเคมีของของเหลวเริ่มต้นเปลี่ยนไป


      2. การเปลี่ยนรูปที่ Solid-liquid interface

            การเปลี่ยนรูปที่ Solid-liquid interface ได้แก่ การเปลี่ยนรูปแบบ abiotic ของมลสารที่ charged solid surface ที่มีสิ่งแวดล้อมแตกต่างไปจาก bulk solution

               2.1 Surface-induced transformation ของสารอินทรีย์

            การกระจายแบบ spatial ของอิออน และประจุภายใน polarized species ได้รับผลกระทบอย่างมากโดย electric field ที่ได้มาจาก ผิวที่มีประจุ (charged surface) จากผลที่ได้ สารอินทรีย์บางสารที่สัมผัสโดยตรงกับผิวสามารถเกิดการเปลี่ยนรูป โดยมี adsorption site เป็นตัวเริ่มช่วยให้เกิดขึ้น (enhance) เรียกว่ากระบวนการ catalytic

ปฏิกิริยา catalytic บนผิวของ อนุภาคดินเหนียว ได้แก่ hydrolysis ของ โมเลกุลสารอินทรีย์ การเกิด hydrolysis ซึ่งมีผลกระทบจากชนิดของ อนุภาคดินเหนียว และชนิดของ saturating cation ของ อนุภาคดินเหนียว ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา เช่น Ma-montmorillonite มีศักยะ ทาง catalytic อ่อนกว่า Ca-montmorillonite มาก  amines ที่ดูดซับบน montmorillonite เกิดการเปลี่ยนรูปทางเคมีโดยการคายน้ำ (dehydrate) ของ อนุภาคดินเหนียว การเกิด catalytic hydroxylation ของโมเลกุลอินทรีย์ (เช่น atrazine) บน H-montmorillonite เกี่ยวข้องกับการแทนที่ของ chlorine atom โดย hydroxyl ion  สารที่ได้จากการสลายตัวนี้ยังคงดูดซับกับ อนุภาคของดินเหนียว โดยที keto ของ สาร hydroxy ที่ถูกเติม proton  การเกิดการเปลี่ยนรูปทาง redox ของ aromatic amines สามารถเกิดขึ้นได้บนผิวของ อนุภาคดินเหนียว เมื่อมีอิออนของโลหะ ซึ่งเป็นตัว reducing หรือ oxidizing ที่ดี

ปฏิกิริยาการเรียงตัวใหม่ (rearrangement reaction) สามารถถูก catalyse โดยผิวของ อนุภาคดินเหนียว   การเรียงตัวใหม่ของสาร organophosphate (parathion) เมื่อดูดซับบน montmorillonite หรือ kaolinite โดยไม่มี liquid phase  rate ของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามการ polarization ของน้ำของการเติมน้ำ (hydration) ของ exchageable cation

           อินทรียวัตถุสามารถที่จะส่งเสริม (enhance) การเปลี่ยนรูปแบบ abiotic ของสารอินทรีย์ เนื่องจาก (1) ส่วนของสารอินทรีย์ประกอบด้วยกลุ่มที่ว่องไว (reactive) มากมายซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถส่งเสริมการเปลี่ยนทางเคมีของสารอินทรีย์หลายกลุ่ม (2) สารฮิวมิก มีคุณสมบัติที่มีศักยะด้าน reducingอย่างแรง   การมี free radicals ที่ค่อนข้างคงที่ของ fulvic and humic acid fraction ของ soil อินทรียวัตถุเป็นสิ่งช่วยบทสรุปของการที่ อินทรียวัตถุส่งเสริม การเปลี่ยนรูปแบบ abiotic ของสารกำจัดศัตรูพืชหลายชนิด

อินทรียวัตถุจะส่งเสริมการเปลี่ยนรูปของสารพิษในดินผ่านหลาย pathways เช่น hydrolysis, solubilization, and photosynthetization  ผลด้าน catalytic ของ อินทรียวัตถุที่มีกับ dichloro-hydroxylation ของ สารกำจัดวัชพืชประเภท chloro-s-triazine ในดินกับ aqueous solution นั้นเกิด H- bonding ระหว่าง ring –or side chain nitrogens ของ s-atrazine กับ HA-surface acid groups ทำให้เกิดการดึงอิเลคตรอน จาก Carbon atom ที่ขาดอิเลคตรอน ที่ถูกล้อมรอบด้วย electronegative nitrogen และchlorine atoms ทำให้ weak nucleophile water ไปแทนที่ chlorine atom ก่อให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ rate of hydrolysis

การ hydrolysis ของ organophosphorus ester   การ dehydrochlorination ของสาร chlorinated hydrocarbons เช่น DDT and lindane การ degrade ของ 3-aminotriazole, S-oxidation ของ phorate และ การเปลี่ยนจาก aldrin เป็น dieldrin ก็เป็นผลมาจากการเปลี่ยนรูป แบบ abiotic ของสารพิษอินทรีย์ที่ส่งเสริมโดยอินทรียวัตถุเช่นกัน

นอกจาก อนุภาคดินเหนียว และ ผิว และอินทรียวัตถุที่มีผลต่อการเปลี่ยนรูปของสารแล้ว การดูดซับของโมเลกุลของสารอินทรีย์โดยองค์ประกอบส่วนอื่นของดินก็มีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ออกไซด์ของโลหะส่งเสริมให้เกิด redox, hydrolytic, และกระบวนการ rearrangement ของโมเลกุลเฉพาะของสารที่ดูดซับบนผิวของออกไซด์ของโลหะนั้น

สำหรับปัจจัยทางด้านกายภาพ-เคมีของสิ่งแวดล้อม เช่น สมบัติของพื้นผิว  CEC อุณหภูมิ และสถานะของการ hydration มีผลต่อการเปลี่ยนรูปของสารอินทรีย์ที่ solid-liquid interface เช่นกัน

            สมบัติของพื้นผิว ได้แก่ cations ที่อิ่มตัว เป็นปัจจัยหลักที่บ่งชี้กลไกของการเปลี่ยนรูปของโมเลกุลอินทรีย์ที่ solid-liquid interface หรือที่ solid-air interface ในกรณีที่เป็นดินแห้ง โมเลกุลที่ถูกดูดซับสามารถเปลี่ยนรูปได้โดยตรงโดยองค์ประกอบของ solid phase หรือโดย third adsorbed species  สมบัติของ solid phase เช่น พื้นที่ผิว และ CEC จะควบคุมการดูดซับและมีผลต่อเนื่องไปถึงการเปลี่ยนรูปต่อไป

            เหตุผลที่ exchangeable cations ที่อิ่มตัวอยู่ที่พื้นผิว มีผลต่อการเปลี่ยนรูปของโมเลกุลสารอินทรีย์

     1. การมีประจุที่สามารถเคลื่อนที่ได้ (localized charge) และส่วนที่เข้าถึงได้ (accessible) สูง มีผลให้มีปฏิสัมพันธ์ (interaction) ได้เป็นอย่างดีกับสารประกอบ anionic และ polar organic ทั้งทางตรงหรือโดยผ่านการเกิด hydration

     2. การเกิด dissociation ของโมเลกุลของน้ำที่ first hydration shell ของ exchangeable cations มีมากกว่าของโมเลกุลของน้ำที่ถูกดูดซับโดยฟื้นผิวที่ที่มีประจุ และ cations ที่ ชอบที่จะบริเวณที่สำหรับ surface-enhanced transformation

     3. รัศมีของ exchangeable cation และ การเรียงตัวใหม่ของ ligand water อาจจะมีผลสำคัญต่อประสิทธิภาพของการ catalyse ของ cation

   2.2 Biological mediated transformations 

จุลินทรีย์ดินเป็นสิ่งมีชีวิตพิเศษที่มีระบบของ enzyme อย่างหลากหลาย ที่สามารถรับพลังงานจากการ metabolism ของสารประกอบอินทรีย์และสารประกอบอนินทรีย์ มลสารที่ตกลงสู่ผิวดิน ทั้งโดยการเกษตร การทิ้ง หรือจากอุบัติเหตุ  ทั้งที่ตั้งใจและไม่ตั้งใจที่จะทำให้เกิดการปนเปื้อนในดิน จะเกิดปฏิกิริยาทางชีววิทยาหลายประเภทซึ่งมีผลต่อการคงทนและการเคลื่อนที่ของมันในชั้นดิน (soil profile) 

  2.2.1 Microbial reactions

ชีวิตของจุลินทรีย์ปรับเปลี่ยนไปตามพลังงานและธาตุอาหารที่สามารถนำไปใช้ได้ ภายใต้สภาวะของสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงไป สารเคมีที่ใส่ลงไปในดินทั้งที่ตั้งใจและไม่ตั้งใจ จะเป็นแหล่งพลังงานของสิ่งมีชีวิตในดิน เมื่อประชากรของจุลินทรีย์ถูกหยิบยื่นแหล่งพลังงานให้ ประชากรของจุลินทรีย์นั้นก็จะเพิ่มจำนวนและกิจกรรมเพื่อที่จะใช้พลังงาน ผลรวมของประชากรของจุลินทรีย์กับสภาวะทางสิ่งแวดล้อมเป็นตัวบ่งชี้นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ในช่วงระหว่างการเกิดกระบวนการทั้งหลายของจุลินทรีย์ ซึ่งชักจูง (induce) การเปลี่ยนรูปของสารในดินตารางที่ 7.3 แสดงการแบ่งชนิดของปฏิกิริยาของจุลินทรีย์ที่สัมพันธ์กับพลังงาน

   -  การหายใจแบบใช้อากาศ (Aerobic respiration)

            เป็นกระบวนการที่สำคัญกระบวนการหนึ่งที่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนรูป ส่วนใหญ่จะผ่านทางกิจกรรมของ จุลินทีย์ประเภท heterotroph  ตัวอย่างเช่นการคืนกลับของคาร์บอน (carbon turnover) ในดิน เกี่ยวข้องกับสารเคมีเช่น N, S, and P โมเลกุลของโพลิเมอร์ที่มีขนาดใหญ่ประกอบด้วย bulk of biological residues จะเปลี่ยนไปเป็นหน่วยที่เล็กกว่าโดยเอนไซม์ที่อยู่ข้างนอก (exoenzymes) และถูกใช้เป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งสุดท้ายแล้วก็จะเป็นฮิวมัสในดิน ที่มีผลกระทบต่อพฤติกรรมและสมบัติของมลสารที่ตกลงสู่สิ่งแวดล้อมดิน การหายใจแบบใช้อากาศยังเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนของโครงสร้างโมเลกุลของสารอินทรีย์ที่ใช้ในทางการเกษตร ปฏิกิริยา autotrophic หรือ chemoautotrophic เป็นปฏิกิริยาที่สำคัญอันหนึ่งของกระบวนการที่ใช้อากาศใน nitrification การเปลี่ยนรูปโดย autotroph ควบคุมการ oxidation ของ S ใน SO42- or S2O32-, สารประกอบอินทรีย์ของ Fe ในตะกอนของ Fe หรือ arsenite (mobile and toxic) ใน arsenate (nontoxic) การหายใจแบบใช้อากาศยังมีผลทางอ้อมในการเปลี่ยนรูปของสาร การปลดปล่อย CO2 ซึ่งมีผลต่อ redox potential (Eh)หรือ pH ของดิน ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนสมบัติของอิออนของโลหะโดยการ chelation

               -  Anaerobic metabolism

            เกิดภายใต้ความเข้มข้นที่อัตราการแพร่กระจาย (rate of diffusion) ของ O2 ไม่เพียงพอสำหรับจุลินทรีย์และมีตัวรับอิเลคตรอน (electron acceptor) อื่นให้ใช้ได้ ชนิดของปฏิกิริยาที่จุลินทรีย์ไม่ใช้อากาศมีผลต่อกระบวนการเช่น redox potential (Eh), denitrification, reduction of Mn4+ and SO42-,การเปลี่ยนรูปของ selenium and arsenate เป็นต้น  ปฏิกิริยา denitrification เป็นปฏิกิริยาที่ไม่ใช้อากาศที่มีศักยมากที่สุดที่เกิดขึ้นในดินจาการทำไร อย่างไรก็ตามเนื่องจาก nitrification และการเกิด reduction ของ NO3- ไปเป็น NH4+ ก่อให้เกิด ก๊าซ nitrogen oxides กล่าวได้ว่า denitrification เป็นกระบวนการที่ nitrogen oxides ทำหน้าที่เป็นตัวสุดท้ายที่รับอิเลคตรอน (terminal electron acceptors) ในกระบวนการเคลื่อนย้ายอิเลคตรอนในกระบวนการหายใจ ในกรณีดังกล่าวตัวที่ให้อิเลคตรอน (reduced electron-donating substrate ช่วยส่งเสริมการเกิดของ nitrogen oxides ที่มีความเป็น oxidized มากกว่าเดิม ผ่านทางตัวพาอิเลคตรอนหลายชนิด

สภาวะไร้อากาศสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนรูปของสามลสารอินทรีย์ เช่น DDT และในหลายกรณี การเปลี่ยนรูปในสภาวะนี้เกิดขึ้นเร็วกว่าสภาวะที่มีอากาศ

                 2.2.2 Microbial methylation

            เป็นปฏิกิริยาที่ส่วนใหญ่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสมบัติของสารธาตุพิษที่มีจำนวนน้อยที่อยู่ในรูปอนินทรีย์ (toxic inorganic trace elements) และสามารถเกิดภายใต้สภาวะที่มีและไร้อากาศ ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยา mercury methylation  ปฏิกิริยา dimethylation ของ Hg นำไปสู่การเติม Hg ให้กับบรรยากาศ

 
 
 CopyRight @ 2001 - 2004 Environmental Science Kasetsart University. All rights Reserved. :•: Contact Webmaster : TheGargz