Soil Pollutants

ภาควิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม           คณะวิทยาศาสตร์           มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์           


.

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

 

 

 

 
    การเคลื่อนย้ายของมลสารในดิน

            หลังจากมลสารตกลงสู่ดินและสัมผัสกับ soil-solid phase จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนรูปทั้งทางชีววิทยาและทางเคมี หรือคงอยู่กับองค์ประกอบของดิน โดยการดูดซับหรืออยู่ในรูปของ bound residues สารพิษเหล่านั้นแพร่กระจาย (redistribution) ในชั้นดินในรูปของ solutes และ/หรือ water-liquids immiscible ก๊าซ หรือ ดูดซับกับ  colloids และอนุภาคอื่นๆ ที่มีขนาดเล็ก การขยายวงกว้างของการกระจายและ kinetics ของการกระจาย ถูกควบคุมโดยทั้งสมบัติของดินและมลสาร โดยสภาพสิ่งแวดล้อม และการจัดการของบริเวณที่ถูกปนเปื้อน

            การเคลื่อนย้ายระหว่าง phase ของมลสารสามารถเกิดได้ระหว่างเกิดการกระจายของสารตามชั้นดิน มี kinetics และการขยายของกระบวนการเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย เช่น การละลายกลับ (dissolution)  การระเหย (volatilization)  และการคงอยู่ (retention) สิ่งดังกล่าวต้องนำมาคิดด้วยเสมอเมื่อศึกษาการเคลื่อนย้ายของสารในดิน 


    Solute transport

            Solutes ทุกชนิดไม่ว่าจะมีสมบัติอย่างไร ถูกเคลื่อนย้ายโดย molar diffusion and mass flow ปัจจัยที่เป็นข้อจำกัด (rate-limiting parameters) ของสารที่มีการละลายต่ำและดินมีความสามารถในการดูดซับสูง คือ การละลายกลับ และ/หรือ การปลดปล่อย (release) และ/หรือ การแพร่ (diffusion)

Hydrodynamic dispersion (การกระจายแบบ hydrodynamic) ได้แก่ ทั้งการแพร่ (diffusion) และ mass flow บ่งบอกการกระจาย (spreading) ของ solute ในดินและตัวกลางที่มีรูพรุนอื่นๆ ร่วมกับการแปรเปลี่ยนของความเร็วของน้ำ ที่ความเร็วปานกลางและดินมีความเหมือนกันตลอด (uniform soil) กระบวนการนี้ค่อนข้างจะไม่มีความสำคัญ ยกเว้นที่น้ำมีความเร็วสูง มลสารจะถูกดูดซับโดย soil solid phase ไม่สามารถเคลื่อนที่อย่างอิสระไปกับน้ำที่ไหลผ่านดิน

เวลาในการเคลื่อนที่ของสารที่ถูกดูดซับ (tA) สัมพันธ์กับเวลาของสารที่ไม่ถูกดูดซับ หรือเรียกว่า mobile chemical  (tM) ดังนี้

                                                  tA  =  (1+rbK/Q) =  RtM

                      rb  ความหนาแน่นรวม (bulk density) ของดินแห้ง
                     
K =  solid/liquid partition or distribution coefficient ของสารที่มีกับดิน 
                     
= ค่า volumetric  water content
                     
R = sink term ใช้สำหรับปฏิกิริยาเฉพาะ (mass of solute/volume/time)

           ในสภาวะจริง บ่อยครั้งการเคลื่อนที่ของสารไม่เป็นไปตามกฎเกณฑ์ ดินที่มีปริมาณอนุภาคดินเหนียว สูงอาจจะ shrink and crack เมื่อผ่านสถานการณ์วัฏจักรของสถานะเปียกและแห้ง เมื่อมีสารตกลงสู่ดิน ตามด้วยการเกิดฝนหรือการให้น้ำ บางส่วนมลสารจะไหลเข้าสู่ผ่านรอยแตกของดินและรูขนาดใหญ่  ระหว่างที่มีการเคลื่อนย้ายผ่านรอยแตกของดินและรูขนาดใหญ่นั้น มีเพียงแค่บางส่วนด้านนอกของ solid phase เท่านั้นที่จะสัมผัสกับ solute และปริมาณที่จะคงอยู่ (retain) ก็จะน้อยตามไปด้วย 


    กลไกของการเคลื่อนย้าย (transport mechanisms)

            ที่ระดับของ soil pore มีกลไกของการเคลื่อนย้าย 2 ชนิดที่เคลื่อนย้าย solutes ผ่านตัวกลาง คือ การแพร่ (diffusion ) และ convection

               1. การแพร่ของโมเลกุล (molecular diffusion)

         เป็นกระบวนการที่วัตถุเคลื่อนที่จากที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปสู่ที่ที่มีความเข้มข้นต่ำ ซึ่งเป็นผลมาจากการเคลื่อนไหวของโมเลกุลแบบสุ่ม (random molecular motion) rate ของการเคลื่อนย้ายของวัตถุเป็นสัดส่วนกับ concentration gradient normal กับ ทิศทางของการเคลื่อนที่   เนื่องจากสารมีการกระจายตัวผ่านดินที่ไม่สม่ำเสมอ เกิด gradient ของความเข้มข้นของสารละลาย และ solute จะชอบที่แพร่จากที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปสู่ที่ที่มีความเข้มข้นต่ำ ใน bulk water, rate of diffusion (Jd) มีความสัมพันธ์กับ concentration gradient

   สภาวะของดินที่มีผลต่อการแพร่ของ solute ในดิน เช่น

        1. ไม่สามารถบอกได้ว่า diffusion coefficient ไม่ขึ้นกับ ความเข้มข้น
        2. โมเลกุลจะไม่แพร่ผ่าน solid soil particle (diffusion is confined to certain segment of system)
        3. การดูดซับของการที่แพร่ โดยอนุภาคดินจะเกิดขึ้นบ่อย
        4. ค่า diffusion coefficient ขึ้นกับอุณหภูมิและสมบัติต่างๆ ของดิน เช่น อง๕ืประกอบของแร่ธาตุ ความหนาแน่นรวม และความชื้น

       ค่า Diffusion coefficient ของโมเลกุลของสารอินทรีย์ในดินจะค่อนข้างต่ำที่ช่วงของความชื้นในดินค่อนข้างกว้าง และเกิดการสลายตัวทางชีวภาพอาจเกิดขึ้นได้ระหว่างการบวนการแพร่ การสลายตัวทางชีวภาพที่เกิดโดยจุลินทรีย์แปรผันตามเวลาขึ้นกับความเข้มข้นของสารที่มีอยู่ในแต่ละที่และขึ้นกับกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในดิน

 2. การพา (Convection)

หมายถึงการเคลื่อนย้ายของสารที่ละลายอยู่โดยการเคลื่อนที่รวมของน้ำที่สารนั้นละลายอยู่ทั้งหมด (host water phase) อธิบายได้โดยอาศัย 2 องค์ประกอบของการเคลื่อนย้ายแบบการพาคือ ค่าเฉลี่ยของความเร็วของ pore water และ การเบี่ยงเบนไปจากค่าเฉลี่ย ซึ่งชักนำโดยความแปรเปลี่ยนของแบบแผนจากไหล (flow regime) ในดิน  ค่าความสัมพันธ์ของการไหลของมวลน้ำในดิน ที่พาเอา convection flux ของ solute (Jc) เป็นสัดส่วนกับค่าความเข้มข้นของ solute เมื่อระยะทางของการเคลื่อนที่ในทางเดียว (z) เป็นดังนี้

Jc   =   qC  =   -C[K(Q)dH(Q)/dz]

เมื่อ  q = flux density = -K(Q)dH(Q)/dz]

พิจารณาตาม Darcy’s law ซึ่งเป็นสมการการเคลื่อนที่แบบเส้นตรง

K(Q) คือ hydraulic conductivity  และ H(Q) คือ hydraulic head

 

 3. การกระจายแบบ hydrodynamic (Hydrodynamic dispersion)

หมายถึงการเคลื่อนที่ของสารเนื่องจากการขึ้นลงเล็กน้อยของการพา (convective fluctuations) มีค่าใกล้เคียงกับค่าเฉลี่ย  กระบวนการดังกล่าวเป็นผลมาจากความเร็วของการไหลอย่างไม่สม่ำเสมอตามช่องว่างที่เล็กมาก (microsopic) ของดิน ทั้งการเคลื่อนย้ายแบบการแพร่ (diffusion)และการพา(convective)


    ตัวอย่างของการเคลื่อนย้ายของมลสาร

 1. การเคลื่อนย้ายของ nonaqueous-phase liquid (NAPL)

สารละลายอินทรีย์ที่ใช้กันทั่วไปส่วนมากจะเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ หรือละลายได้น้อยมากในน้ำ การเคลื่อนย้ายของสารเหล่านี้ในตัวกลางที่มีรูพรุนจากผิวดินลงสู่น้ำใต้ดินจะรวมเรียกเป็น NAPL เมื่อตกลงสู่ผิวดินแล้วส่วนที่ไม่ละลายของ NAPL จะเคลื่อนที่ลงสู่ unsaturated zone และลงสู่น้ำใต้ดินในที่สุด การเคลื่อนที่ของของเหลวอินทรีย์ชนิดที่ไม่เข้ากันกับน้ำ ไหลลงสู่ unsaturated zone  ส่วนใหญ่จะถูกควบคุมโดยความหนาแน่นและความหนืด (viscosity) ของสารอัตราไหลตามแนวดิ่ง (rate of vertical flow) ขึ้นกับสมบัติของสารและตัวกลางที่ไหลผ่านที่มีน้ำปริมาณเท่าไหร่

       2. การเคลื่อนย้ายผ่านอนุภาคแขวนลอย (transport on suspended particles)

มลสารที่มีสมบัติที่ดูดซับได้ดีกับ soil colloidal materials เช่น radionuclides, โลหะหนัก หรือ sparingly water –soluble organic compounds นับว่าเป็นสารที่ไม่เคลื่อนที่ (immobile) ในสิ่งแวดล้อม เป็นผลให้ถูกจัดให้เป็นสารที่ไม่มีศักยะในการปนเปื้อน แต่ในความเป็นจริงในธรรมชาติ การเคลื่อนย้ายของมลสารสังเคราะห์ไม่เกี่ยวข้องเพียงแต่ solute และ ไอ ของมันเท่านั้น ยังเกิดขึ้นทั้งที่อยู่ระหว่างที่ถูกดูดซับบนตะกอน และ colloidal materials ที่กระจายอยู่ใน aqueous phase การเคลื่อนย้ายของสารที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคแขวนลอยเกิดขึ้นทั้งที่ผิวดิน ตะกอนที่ถูกชะ หรือ ในชั้นดิน ที่เกี่ยวกับโมเลกุลสารอินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่และ organic colloids

2.1 การเคลื่อนย้ายบน ตะกอนที่ถูกชะ (transport on eroded sediments)

น้ำไหลบ่าที่เกิดจากฝนหรือการให้น้ำ (irrigation) เป็นหนทางสำคัญต่อการเคลื่อนย้าย

ของสารจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งหรือจากดินไปสู่น้ำผิวดิน

2.2 การเคลื่อนย้ายที่ไปกับ dispesred colloidal materials

dispesred colloidal materials อยู่ใน aqueous phase เช่น soil particle หรือ

 colloidal organic materials ดังนั้นจะเกิดระบบของ  phase 3 ระบบคือ

2.2.1  การดูดซับ บน soil solid phase

2.2.2  การละลายใน water phase

2.2.3  การดูดซับ บน dispesred colloidal materials


    ปัจจัยที่มีผลต่อกระบวนการเคลื่อนย้ายของ มลสาร

          1. ความแปรปรวนของสถานที่และภูมิอากาศ

          2. heterogeneity  ของ มลสาร


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