[บทที่ 3] ทช 471

76

บบบทททททท่ี 3่ี ่ี31
หลกั การพื้นฐานหบขลทอักนงกกำาาร:รพกบนื้ าำฐรบาบัดนำสขบาอัดรงแมกลาลระพิษทางชีวภาพ

บใาชบป้ ดั รสะาโรยมชลนพ์จิษาทกาขงอชีวงเภสาียพ

บทนำ
การแก้ปัญหาโดยใช้วิธีทางชีวภาพ เป็นอีกวิธีหนึ่งที่ใช้สิ่งมีชีวิตตามธรรมชาติ เช่น จุลินทรีย์

(แบคทเี รีย ยสี ต์ และรา) และพชื เป็นต้น มาสลายสารอินทรีย์อันตรายท่ีปนเป้ือน หรือลดความเป็นพิษ
ของสารอินทรีย์ลงเพ่ือรักษาสภาพของดิน แร่ธาตุ ดินตะกอน (Sludges) และ สิ่งต่าง ๆ ที่ละลายอยู่
ในน้ำ (Residues) เพ่ือเป็นการฟ้ืนฟูสิ่งแวดล้อม หรือเรียกว่าการบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ
(Bioremediation)

ถึงแม้ว่าการประยกุ ตใ์ ช้จุลนิ ทรยี ใ์ นการบำบดั ของเสียเป็นกระบวนการที่มีการใช้กนั มานานแล้ว
โดยใช้จุลินทรีย์ในกากตะกอนเร่ง (Activated sludge) หรือในระบบฟิล์มตรึง (Fixed film) ในการ
ย่อยสลายของเสียอินทรีย์ในระบบบำบัดน้ำทิ้งจากแหล่งชุมชนรวมทั้งของเสียและน้ำทิ้งจาก
อุตสาหกรรมต่าง ๆ อย่างไรก็ตามการนำจุลินทรีย์เหล่านี้มาใช้ในการย่อยสลายสารมลพิษจัดเป็น
เทคโนโลยใี หม่ในการบำบดั สารมลพษิ ที่ปนเปอื้ นในดนิ อากาศ น้ำ รวมท้ังน้ำบาดาล ซึ่งเปน็ สิง่ แวดล้อม
ที่แตกต่างจากระบบบำบดั น้ำเสีย กล่าวคือ ในระบบบำบดั น้ำเสียน้ันจลุ ินทรียใ์ นรูปของกากตะกอนเร่ง
จะเจริญอยภู่ ายใต้สภาวะที่ได้รับการควบคุมให้มีความเหมาะสมต่อการทำงานเพ่ือย่อยสลายของเสีย
ซึ่งส่วนใหญเ่ ป็นสารอินทรีย์ท่มี ีโครงสร้างไม่ซับซ้อนและสภาวะดงั กลา่ วมีความเหมาะสมต่อการเจริญ
เพ่ิมจำนวนของจุลินทรีย์ เช่น การให้อากาศในปริมาณที่เหมาะสม เป็นต้น ซึ่งสภาวะดังกล่าวจะ
แตกต่างจากสภาวะของสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติในการย่อยสลายสารมลพิษที่มีโครงสร้างซับซ้อน
เนื่องจากสารมลพษิ ที่อยู่ในสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติน้ันจะอยู่ได้ในหลายรูปแบบ เชน่ ถกู ดูดซับอยู่กับ
อนุภาคดิน สลายอยู่ในน้ำในดิน และอยู่ในสภาวะก๊าซระหว่างอนุภาคของดิน เป็นต้น ซึ่งรูปแบบของ
สารมลพิษเหล่านี้นอกจากจะข้ึนกับลักษณะสมบัติของสารมลพิษเองแล้ว ยังข้ึนกับลักษณะของ
สิ่งแวดล้อมในแต่ละบริเวณอีกด้วย การที่สารมลพษิ อยใู่ นรปู แบบหลากหลายนี้จึงเป็นการยากตอ่ การ
ควบคมุ สภาวะตา่ ง ๆ ให้มีความเหมาะสมต่อการย่อยสลายและการบำบดั สารมลพษิ โดยจลุ ินทรียอ์ ย่าง
มีประสิทธภิ าพ ดงั น้ัน การบำบดั สารมลพิษโดยวธิ ีทางชีวภาพจะประสบความสำเร็จได้น้ันจะต้องอาศัย
หลักการและความรู้ในศาสตร์หลายด้าน ได้แก่ จุลชีววิทยา ชีวเคมี นิเวศวทิ ยา ธรณีวิทยา เคมี และ
วศิ วกรรม เพ่อื ปรับปรงุ เปลีย่ นแปลง และควบคุมให้จลุ ินทรีย์คงความสามารถและเพม่ิ ประสิทธภิ าพใน
การย่อยสลายสารมลพษิ เป้าหมายได้ภายใต้สภาวะของสิง่ แวดล้อมทีส่ ารมลพษิ ปนเป้ือนอยู่

77

3.1 ความหมายของการบำบดั สารมลพิษทางชีวภาพ
ผลกระทบจากการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่ขาดการจัดการที่เหมาะสม การใช้สารเคมีใน

กระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม และการเกษตรที่ขาดความระมัดระวังย่อมกอ่ ให้เกิดการทำลาย
ทรัพยากรและสิง่ แวดล้อม ทำให้สภาพแวดล้อมเสื่อมโทรม มีการปนเป้ือนของสารเคมีในดิน น้ำ และ
อากาศ เมือ่ มีสารเคมีสะสมในปริมาณทีส่ งู ข้นึ ย่อมสง่ ผลกระทบต่อสิ่งมชี ีวิต รวมท้ังสุขภาพของมนษุ ย์

เทคโนโลยดี ั้งเดิมที่ใช้ในการบำบดั สารพษิ หรือฟ้ืนฟพู นื้ ที่ทป่ี นเป้ือน มักทำโดยการขุดเอาดินที่มี
การปนเป้ือนออกจากพ้ืนที่นั้น แล้วนำไปเผาหรือฝังกลบในพ้ืนที่อื่น หรืออาจทำโดยใช้วิธีการทางเคมี
โดยการใส่สารเพ่ือตรึงหรือจับสารให้อยกู่ ับทีล่ ดการแพร่กระจายไปที่อื่น ซึ่งวิธีการทางด้านกายภาพ
และเคมีดงั กลา่ ว มีความเสี่ยงต่อการปนเป้ือนของสารระหวา่ งการขนยา้ ยเพือ่ ไปบำบดั ตอ่ หรือสารเคมี
ทีใ่ ช้ในการบำบดั อาจตกคา้ งในสิง่ แวดล้อมได้

การฟ้ืนฟูทางชีวภาพ หรือการบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ (Bioremediation) หมายถึง
การประยุกต์ใช้กระบวนการทางชีวภาพของจุลินทรีย์ หรือพืชในการย่อยสลาย และเปลี่ยนรูปสาร
มลพษิ เพ่อื บำบดั ความเปน็ พษิ ของสารที่ปนเปือ้ นทเี่ ป็นอนั ตรายตอ่ มนุษย์และสิ่งมชี ีวิตในสิง่ แวดล้อม

โดยเทคโนโลยกี ารฟ้ืนฟูทางชีวภาพเป็นเทคโนโลยที ี่ได้รับความนิยมอยา่ งกว้างขวางในปจั จบุ ัน
เนื่องจากเป็นเทคโนโลยที ใี่ ช้กระบวนการยอ่ ยสลายทางธรรมชาติของสงิ่ มีชีวิต ได้แก่ จลุ ินทรีย์ พืช หรือ
วัสดุชีวภาพในการบำบัดสารปนเป้ือนในสิ่งแวดล้อม และด้วยความที่เป็นเทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับ
สิ่งแวดล้อม ใช้งบประมาณในการดำเนินการน้อย ทำให้เป็นที่ยอมรับของสาธารณชน ในกรณีที่จะ
ประยกุ ต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในพ้ืนที่จริง เทคโนโลยีการฟ้ืนฟูทางชีวภาพแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท
ใหญ่ ๆ คอื

Ex situ Technology เป็นเทคโนโลยกี ารฟ้ืนฟูโดยการเคลื่อนย้ายตวั กลางทีป่ นเปื้อนไปบำบัด
หรือกำจัดต่อในสถานที่อื่น วิธีการนี้จะขนย้ายสิ่งที่ถูกปนเป้ือนด้วยสารมลพิษ เช่น นำดินไปบำบัด
ภายใต้สภาวะที่กำหนด เป็นการบำบัดรักษาดินหรือแหล่งน้ำใต้ดินที่มีการปนเป้ือนของสารพิษ โดยมี
การขุดเอาดินหรือน้ำข้นึ มาก่อนแล้วจึงนำเอาดินหรือน้ำนั้นไปบำบดั ทีอ่ ่ืน โดยภายใต้สภาวะที่กำหนดไว้

In situ Technology เปน็ เทคโนโลยกี ารฟ้นื ฟูโดยการบำบัดสารเคมีท่ีปนเป้ือนในพ้ืนที่โดยไม่มี
การเคลื่อนย้ายตัวกลางไปที่อื่น โดย In situ bioremediation เป็นการใช้จุลินทรีย์ หรือพืชในการลด
ปริมาณของสารพษิ ในแหล่งบริเวณน้ัน โดยเปา้ หมายเพือ่ ให้เกิดสารที่ไมม่ ีอนั ตรายในท้ายสุด โดยทว่ั ไป
วิธี In situ bioremediation นำมาใช้ในการย่อยสลายของสารพิษที่พบในดินที่อุ้มน้ำและบนพ้ืนดิน
เทคนิคนี้ได้ถูกนำมาใช้เนื่องจากมีค่าใช้จ่ายไม่สูงและเป็นวธิ ีทีม่ ีความเสี่ยงตำ่ ต่อผู้ทำงานและเป็นวิธีท่ีมี
การทำลายสารพษิ ได้อย่างสมบรู ณ์

นอกจากนี้เทคโนโลยีการฟ้ืนฟูทางชีวภาพสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะของเทคโนโลยที ี่ใช้
ดังนี้

78

Bioaugmentation เป็นเทคโนโลยีการฟ้ืนฟูที่มีการเติมจุลินทรีย์ลงไปในตัวกลางที่มีการ
ปนเป้ือนสารเคมี เช่น ดิน น้ำ หรือดินตะกอน จุลินทรีย์ที่เติมลงไปอาจเป็นจุลินทรีย์สายพันธ์ุที่มีใน
พ้ืนทีน่ ้ัน (Indigenous) หรืออาจเปน็ จุลินทรีย์สายพันธตุ์ า่ งถิ่น (Exogenous) กไ็ ด้ โดยจุลินทรีย์ทีเ่ ตมิ ลงไป
นีม้ ีวัตถุประสงค์เพ่ือเพ่ิมประสิทธิภาพของกระบวนการย่อยสลายสารปนเปื้อนในพ้ืนทีน่ ั้น (Alexander,
1994; Boopathy, 2000)

Bioventing เป็นเทคโนโลยีทีด่ ำเนินการในพ้นื ที่ (In situ) โดยการเติมอากาศ หรือสารอาหาร
ลงไปในระบบ ซึ่งการเติมอากาศของ Bioventing จะเป็นการเติมในอตั ราที่ช้าไม่มีการเพ่ิมแรงดัน เพ่ือ
เป็นการกระตุ้นการเจริญเติบโตและกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ในพ้ืนที่ (Indigenous
microorganisms) และป้องกันการระเหย (Volatilization) ของสารปนเปื้อนที่ต้องการกำจัดออกสู่
บรรยากาศ (Baker and Herson, 1994; Boopathy, 2000)

Biosparging เป็นการเติมอากาศเข้าสู่ระบบภายใต้สภาวะที่มีแรงดันเพ่ือเพ่ิมปริมาณ
ออกซิเจนในช้ันน้ำใต้ดิน (Saturated zone) ซึ่งจะส่งผลให้อัตราการย่อยสลายทางชีวภาพเพ่ิมข้ึน
(Boopathy, 2000; Vidali, 2001)

Land farming โดยดินที่ปนเป้ือนที่ถูกขุดข้นึ มาจะถูกนำมาแผ่ลงบนพ้ืนที่ทีเ่ ตรียมไว้และมีการ
กลับกองดินเป็นระยะ ๆ เพ่ือเพ่ิมออกซิเจนให้กับระบบ รวมท้ังมีการเติมอาหารและน้ำสง่ ผลให้อัตรา
การยอ่ ยสลายเพิ่มข้นึ (Baker and Herson, 1994; Boopathy, 2000; Vidali, 2001)

Composting เป็นเทคโนโลยีที่ใช้บำบัดสารปนเป้ือนในดิน โดยนำดินที่ปนเป้ือนผสมกับ
อินทรียวัตถุในอตั ราสว่ นที่เหมาะสม เชน่ มูลสตั ว์ ของเหลือทงิ้ จากกระบวนการทางการเกษตร เป็นต้น
วตั ถุอินทรีย์ทีเ่ ติมลงไปจะชว่ ยกระตุ้นการเจริญเติบโตของประชากรจุลินทรีย์ ทำให้อุณหภมู ิของระบบ
สูงข้นึ ซึ่งจะเปน็ ปจั จยั กระตุ้นให้อัตราการย่อยสลายเพิ่มข้นึ ด้วย (Alexander, 1994; Boopathy, 2000)

Bioreactor เปน็ ถังปฏิกรณ์ที่ใช้สำหรับบำบัดดิน น้ำ ดินตะกอน กากตะกอนจากกระบวนการ
ผลิตทางอุตสาหกรรมหรือจากระบบบำบัดต่าง ๆ ตัวกลางที่ปนเปื้อนจะถูกนำมาใส่ในถังปฏิกรณ์ ซึ่ง
อาจมีการเติมออกซิเจน สารอาหารต่าง ๆ จุลินทรีย์ หรืออาจมีการปรับสภาวะต่าง ๆ เช่น อุณหภูมิ
ความเป็นกรดเป็นด่าง ให้เหมาะสมเพ่ือให้กระบวนการย่อยสลายในถังปฏิกรณ์เกิดข้ึนอย่างมี
ประสิทธภิ าพ (Baker and Herson, 1994; Boopathy, 2000; Vidali, 2001)

เทคโนโลยกี ารฟ้ืนฟดู ังกลา่ วข้างต้น เป็นเทคโนโลยที ีใ่ ช้กระบวนการย่อยสลายของจลุ นิ ทรยี ์ ซึง่
อาจเกิดข้ึนในสภาวะที่มีออกซิเจน หรือไม่มีออกซิเจนก็ได้ ดังนั้น ปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการ
เจริญเติบโต หรือมีผลต่อเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ ย่อมส่งผลต่อประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการ
ฟ้ืนฟนู ้ันด้วย

3.2 ปัจจยั พืน้ ฐานของ “การบำบดั สารมลพษิ ทางชวี ภาพ”
ปัจจัยสำคญั ทีม่ ีผลต่อประสทิ ธิภาพของเทคโนโลยกี ารฟน้ื ฟทู างชีวภาพ ได้แก่

79

จุลินทรีย์และคุณสมบัติของจุลินทรีย์ โดยจุลินทรีย์ที่มีผลต่อการฟ้ืนฟูทางชีวภาพ เช่น
อัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในระบบนั้น การกลายพันธ์ุของจุลินทรีย์ที่อาจเกิดข้ึน การผลิต
เอนไซม์ที่มีความจำเพาะที่ใช้ในกระบวนการย่อยสลายมลพิษ ปริมาณจุลินทรีย์เดิมที่มีในพ้ืนที่บำบัด
จะสง่ ผลโดยตรงตอ่ ประสิทธภิ าพของการยอ่ ยสลายสารมลพษิ ทางชีวภาพจากจลุ ินทรีย์ได้

สภาพแวดล้อม ที่อยู่ระหว่างการบำบัดสารชีวภาพขณะนั้น ได้แก่ สารอาหาร อุณหภูมิ
ความเป็นกรดเป็นด่าง ความเข้มของแสง ปริมาณออกซิเจนที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์
ย่อมส่งผลตอ่ ประสิทธภิ าพของกระบวนการยอ่ ยสลายสารมลพษิ ด้วย

ลักษณะของสารที่ปนเปื้อน ในระหว่างที่เกิดการย่อยสลายทางชีวภาพอย่างช้า ๆ น้ัน
ลักษณะของสารที่ปนเปื้อน ได้แก่ ประเภท ปริมาณหรือระดับความเข้มข้นของสาร คุณสมบัติทาง
กายภาพและทางเคมีของสารน้ัน ซึ่งสารใดที่ถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ดี แสดงว่าสารน้ันมี
Bioavailability สูง จึงทำให้จลุ ินทรีย์สามารถนำสารนั้นเขา้ ส่เู ซลล์ได้ และเกิดกระบวนการย่อยสลายได้
ง่ายกวา่ และอาจสง่ ผลให้ระยะเวลาการยอ่ ยสลายเร็วขนึ้ กว่าเดิมได้

การบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพที่อาศัยความสามารถของจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อม และ
จุลินทรีย์ที่เติมลงไปในการย่อยสลายสารมลพิษเพ่ือลดความเป็นพิษของสารเหล่านั้นในสิ่งแวดล้อม
เพอ่ื ใช้สารมลพิษเหล่าน้ันเป็นสารอาหาร ดังนั้น องค์ประกอบพ้ืนฐานสำคัญของการบำบัดสารมลพิษ
ทางชีวภาพ ได้แก่ ชนิดและลักษณะสมบัติของจุลินทรีย์รวมท้ังปจั จัยตา่ ง ๆ ทีส่ ่งผลต่อการเจริญ และ
วถิ ีเมแทบอลิซึม (วถิ ีการยอ่ ยสลายสารมลพษิ ) ของจุลินทรียเ์ หลา่ นั้น

แคแทบอลิซึม (Catabolism) คือ การสลายสารอาหารเพ่ือให้ได้ ATP สารนำอิเล็กตรอน
(NAD+, NADP+ และ FAD) และสารต้นตอสำหรบั การสังเคราะห์ (Ellis et al., 2006)

แอแนบอลซิ ึม (Anabolism) เป็นการใช้ ATP และ NADH (บางปฏิกิริยาใช้ทง้ั NADH, NADPH
และ FADH2) รวมท้ังสารต้นตอที่ไดจ้ ากกระบวนการแคแทบอลซิ ึมในการสงั เคราะห์องค์ประกอบตา่ ง ๆ
ของสิ่งมีชีวิต (Ellis et al., 2006)

เมแทบอลิซึมประกอบด้วยกระบวนการย่อย คือ แคแทบอลิซึมซึ่งเป็นการสลายสารอาหาร
(สารมหโมเลกลุ ) ให้เป็นโมเลกุลเลก็ และป้อน ATP สารนำอิเล็กตรอน (NAD+, NADP+ และ FAD) และ
สารต้นตอส ำหรับการสังเคราะห์ให้กับกระบวนการแอแนบอลิซึมเพ่ือสร้าง เป็นองค์ประกอบของ
รา่ งกายต่อไป

พลังงานและอิเล็กตรอนเป็นตัวเชื่อมระหว่างแคแทบอลิซึมและแอแนบอลิซึม เพราะว่าใน
ระหว่างการสลายสารอาหาร กระบวนการแคแทบอลิซึมเปลี่ยน ADP ให้เป็น ATP และเปลี่ยนสารนำ
อิเล็กตรอนในสภาพออกซิไดซ์ (NAD+, NADP+ และ FAD) ให้อยู่ในสภาพรีดิวซ์ (NADH, NADPH และ
FADH2) และจะถูกนำไปใช้ในกระบวนการแอแนบอลิซึม หลังจากนั้นก็จะได้สารนำอิเลก็ ตรอนในสภาพ
ออกซิไดซ์ (NAD+, NADP+ และ FAD) กลับเข้าสู่กระบวนการแคแทบอลิซึมเหมือนเดิม (Ellis et al.,
2006)

80

แบคทีเรียกับการทำเหมืองแร่ ซึ่งการทำเหมืองแร่ที่มีเปอร์เซ็นต์แร่ต่ำสามารถทำได้โดยอาศัย
กิจกรรมของแบคทีเรีย Thiobacillus ferrooxidans ช่วยชะ (Leach) โลหะออกจากก้อนแร่ดิบ เช่น
เหมืองทองแดง บริเวณตอนเหนือของประเทศฮังการี เหมืองแร่ยูเรเนียมแถบริมทะเลสาป Elliot
ในประเทศแคนนาดา และการแยกแร่ยูเรเนียมจากหางแร่ของเหมืองทองคำของ Buffels fontein
ในประเทศอัฟริกาใต้ นอกจากนี้ โลหะชนิดอื่น ๆ เช่น เงิน ทอง สังกะสี นิกเกิล แกลเลียม และ
เจอร์เมเนียม เป็นต้น ก็สามารถใช้วิธอี าศยั กิจกรรมของจุลินทรีย์แยกออกมาได้

นอกจากจุลินทรียท์ ่ีมีผลต่อกระบวนการเมแทบอลิซึมในการยอ่ ยสลายมลพษิ ทางชีวภาพแล้ว
นั้นองค์ประกอบอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นแหล่งพลังงาน ตัวรับอิเล็กตรอน ความชื้น ความเป็นกรดด่าง
สารอาหาร อณุ หภูมิ อีกทั้งภาวะไม่เป็นพิษ การกำจดั สารตัวกลาง และภาวะขาดการแข่งขนั ก็ล้วนแต่
เป็นองค์ประกอบพ้ืนฐานที่สำคัญของการบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ (Alexander, 1994X ดังสรปุ ใน
ภาพท่ี 3.1 แสดงให้เหน็ ถึงปิรามิดองค์ประกอบพ้นื ฐานของการบำบัดสารมลพษิ ทางชีวภาพ

ภาพที่ 3.1 : องค์ประกอบพ้นื ฐานที่สำคญั ของการบำบัดสารมลพษิ ทางชีวภาพ
ทีม่ า : ดัดแปลงจาก Alexander, 1994

81

3.3 จลุ นิ ทรียแ์ ละวิถีเมแทบอลซิ ึม
สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่เรียกกว่าจุลินทรีย์ไม่ว่าจะอยู่ในระบบการบัดสารมลพิษ หรือการเติม

จลุ ินทรีย์กลุ่มทีม่ ีผลต่อการย่อยสลายสารมลพิษเข้าไปในระบบการบำบัดสารมลพิษซึ่งจุลินทรีย์เป็น
องค์ประกอบสำคัญที่สุดของกระบวนการบำบัดสารมลพิษด้วยวิธีทางชีวภาพ กระบวนการนี้อาศัย
เอนไซม์ในจุลินทรีย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพ (Biocatalyst) ในการย่อยสลายสารมลพิษเป้าหมาย
ประเภทของปฏิกิริยาการเปลี่ยนรปู และการยอ่ ยสลายสารมลพษิ รวมทั้งประสิทธิภาพของการบำบัด
สารมลพิษที่ปนเป้ือนในสิ่งแวดล้อมด้วยกระบวนการชีวภาพน้ันต้องข้นึ กับชนิดของจุลินทรีย์ เนื่องจาก
จลุ ินทรียท์ ีแ่ ตกตา่ งชนิดกันจะมีการสร้างเอนไซมท์ ีม่ ีลักษณะสมบัติที่แตกตา่ ง ชนิดของเอนไซมม์ ีผลต่อ
ประเภทของปฏิกิริยาการย่อยสลายสารมลพษิ เป้าหมาย และมีผลต่อวถิ ีเมแทบอลิซึมของจลุ ินทรียน์ ้ัน
ต่อสารมลพษิ ซึง่ ในทีน่ ี้หมายถึงวิถีการยอ่ ยสลายสารมลพษิ น่ันเอง

การแบ่งประเภทของจุลินทรีย์ตามลักษณะของวิถีเมแทบอลิซึม สามารถแบ่งได้เป็น 4 กลุ่ม
หลักตามประเภทของแหล่งพลังงานและแหล่งคาร์บอนต่อการเจริญของจุลินทรีย์ ชนิดของตัวรับและ
ตัวให้อิเลก็ ตรอนของปฏิกิริยาออกซิเดชันทีเ่ กิดขนึ้ ในจุลินทรีย์ ดงั นี้

กล่มุ ของจุลนิ ทรีย์ แหลง่ คาร์บอน แหล่งพลงั งาน
Photoautotrophs คาร์บอนไดออกไซด์ แสง
Photoheterotrophs สารประกอบอินทรีย์ แสง
Chemoautotrophs คารบ์ อนไดออกไซด์
Chemoheterotrophs สารประกอบอินทรีย์ สารประกอบอนินทรีย์ (แอมโมเนียม)
สารประกอบอินทรีย์

การที่จลุ ินทรีย์แต่ละชนิดมีความสามารถในการใช้แหล่งคาร์บอน แหล่งพลังงาน ตัวรับ และ
ตัวให้อิเล็กตรอนของปฏิกิริยาที่แตกต่างกันเปน็ สาเหตุให้จุลินทรีย์มีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยา
และมีวิถีการย่อยสลายสารมลพิษในสิ่งแวดล้อมต่าง ๆ ได้แตกต่างกันด้วย สำหรับสารมลพิษที่ถูก
ออกซิไดซ์น้ันหากถูกย่อยสลายอย่างสมบูรณ์จะให้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นผลผลิตสุดท้าย และใน
ระหว่างปฏิกิริยาการย่อยสลายจะมีการจำกัดไฮโดรเจนไอออน (H+) และอิเล็กตรอนออกจาก
โครงสร้างอิเลก็ ตรอนที่ถกู ขับออกดังกล่าวจะถกู ผา่ นไปยังวถิ ีขนส่งอิเลก็ ตรอนเพ่อื สร้างพลังงานให้กับ
เซลล์ สำหรบั จลุ ินทรีย์ท่ีใช้ออกซิเจนในการเจริญจะใช้ออกซิเจนเปน็ ตัวรบั อิเล็กตรอนตวั สุดท้ายในวถิ ี
ขนส่งอิเลก็ ตรอน ในขณะที่จลุ ินทรียท์ เ่ี จริญโดยไมใ่ ช้ออกซิเจนจะใช้สารอินทรียห์ รืออนินทรียเ์ ป็นตวั รับ
อิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ซึ่งความแตกตา่ งทางชีวภาพของจุลินทรียเ์ หล่านี้เป็นประโยชน์ต่อกระบวนการ
บำบัดสารมลพิษ กล่าวคอื การย่อยสลายสารมลพิษสามารถเกิดข้นึ ได้ในสิ่งแวดล้อมที่แตกตา่ งกันไป
โดยใช้ปฏิกิริยาการยอ่ ยสลายที่แตกตา่ งกนั และใช้ตวั รับอิเลก็ ตรอนทีม่ ีอยใู่ นสิ่งแวดล้อม ตารางที่ 3.1
แสดงตัวอยา่ งของตัวรบั และตัวใหอ้ ิเลก็ ตรอนของปฏิกริ ิยาชนิดตา่ ง ๆ รวมท้ังสารผลิตภัณฑส์ ุดท้ายของ
จลุ ินทรียท์ ีใ่ ช้และไมใ่ ช้ออกซิเจน

82

ตารางที่ 3.1 : ความแตกต่างของตัวรับอิเล็กตรอน ตัวให้อิเล็กตรอน และสารผลิตภัณฑ์สุดท้ายของ

ปฏิกิริยาของจลุ ินทรียท์ ีใ่ ช้และไม่ใช้ออกซิเจน

ตัวใหอ้ ิเลก็ ตรอน ตวั รบั สาร ปฏิกิริยาของจลุ นิ ทรีย์
อิเลก็ ตรอน ผลติ ภัณฑ์

จุลนิ ทรียท์ ีไ่ ม่ใช้ออกซิเจน

สารประกอบอินทรีย์ ไนเตรต ก๊าซไนโตรเจน และ Denitrifying bacteria

คาร์บอนไดออกไซด์

สารประกอบอินทรีย์ ซลั เฟตไอออน น้ำ และกำมะถนั Sulfate-reducing bacteria

ไฮโดรเจน (H2) ซลั เฟตไอออน น้ำ และกำมะถนั Sulfate-reducing bacteria
ได้แก่ Desulfovibrio sp.

ไฮโดรเจน (H2) คารบ์ อนไดออกไซด์ มีเทน หรือน้ำ แบคทเี รียเมทาโนเจนส์

สารประกอบอินทรีย์ NADP มีเทน หรือ แบคทเี รียเมทาโนเจนส์

คารบ์ อนไดออกไซด์

สารประกอบอินทรีย์ ไฮโดรเจนไอออน ไฮโดรเจนไอออน แบคทเี รียอะเซโตเจน

สารประกอบอินทรีย์ สารอินทรยี ์ สารอินทรยี ์ แบคทเี รียทีใ่ ช้ในการหมกั

จลุ นิ ทรียท์ ี่ใชอ้ อกซิเจน

ไฮโดรเจน (H2) ออกซิเจน น้ำ แบคทเี รียทีใ่ ช้ไฮโดรเจน
สารอินทรยี ์ ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ แบคทเี รียและสงิ่ มีชีวิตหลาย

และน้ำ ชนิด

แอมโมเนีย (NH3) ออกซิเจน ไนโตรเจนไดออกไซด์ ไนตริไฟองิ แบคทเี รีย ได้แก่

และน้ำ Nitrosomonas sp.

ไนโตรเจน (NO2-) ออกซิเจน ไนเตรต และน้ำ ไนตริไฟองิ แบคทเี รีย ได้แก่
Nitrobacter sp.

เฟอรร์ สั (Fe2+) ออกซิเจน เฟอรร์ ิกไอออน Ferrobacillus sp.

ซัลเฟอร์ (S2-) ออกซิเจน ซัลเฟตไอออน และ Thiobacillus sp.

น้ำ

83

3.3.1 การย่อยสลายสารมลพิษอินทรียโ์ ดยจุลนิ ทรีย์แบบใชห้ รือไมใ่ ชอ้ อกซิเจน
โดยท่ัวไปแล้วกลไกพ้ืนฐานในย่อยสลายสารมลพษิ ด้วยกระบวนการทางชีวภาพ จากจุลินทรีย์
ไม่ว่าจะเป็นแบบใช้อากาศหรือไม่ใช้อากาศก็ตามจะมีลักษณะเหมือนกัน คือ เป็นปฏิกิริยาเคมีแบบ
ออกซิเดชันรีดักชัน (รีดอกซ์) โดยปฏิกิริยารีดอกซ์ หมายถึง ปฏิกิริยาที่มีการถา่ ยเทอิเล็กตรอนเกิดขึ้น
ระหว่างสารให้อิเล็กตรอนและสารรับอิเล็กตรอน สารให้อิเลก็ ตรอนในระบบโดยเฉพาะน้ำเสียสว่ นใหญ่
มักเปน็ สารอินทรีย์ ส่วนสารรบั อิเล็กตรอนในน้ำเสียมักเป็นสารอืน่ ๆ ทีไ่ มใ่ ชส่ ารอินทรีย์ เชน่ ออกซิเจน
ไนเตรท หรือซัลเฟต เปน็ ต้น การถา่ ยเทอิเล็กตรอนในปฏิกิริยารีดอกซ์จะได้พลงั งานเกิดขนึ้ จำนวนหนึง่
พลังงานที่เกิดข้ึนนี้ส่วนหนึ่งสูญเสียไปในรูปของพลังงานความร้อน อีกส่วนหนึ่งถูกนำไปใช้การ
ดำรงชีวิตและสร้างเซลล์ใหม่ ดังนั้น สารอินทรีย์จึงเป็นท้ังแหล่งพลังงานและแหล่งคาร์บอนของจุลชีพ
แต่สารรับอิเล็กตรอนในน้ำเสียมีหลายชนิด ผลของปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนก็ต่างกันไปตามชนิดของสารรับ
อิเล็กตรอน เช่น ถ้าสารรบั อิเล็กตรอนเป็นออกซิเจน ปฏิกิริยาที่เกิดข้นึ เปน็ ปฏิกิริยาที่เรียกว่า Aerobic
oxidation ถ้าสารรับอิเล็กตรอนเป็นไนเตรท ก็จะเกิดปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชันข้ึน เป็นต้น สามารถแบ่ง
ชนิดของปฏิกิริยารีดอกซท์ ีเ่ กิดข้นึ ภายในเซลล์ของแบคทเี รียออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ตามสารรับ
อิเล็กตรอน คือ การหมัก (Fermentation) คือ ปฏิกิริยารีดอกซ์ของสารประกอบอินทรีย์ที่เกิดข้ึนใน
ภาวะที่ไมม่ ีสารรับอิเล็กตรอนภายนอก และการหายใจ (Respiration) คือ ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่มีสารรับ
อิเล็กตรอนภายนอกเป็นสารรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ซึ่งสามารถแบ่งย่อยลงไปได้อีก 2 ประเภท คือ
Aerobic respiration และ Anaerobic respiration โดย Aerobic respiration เปน็ การหายใจทีม่ ีโมเลกุลของ
ออกซิเจนเป็นสารรับอิเล็กตรอนตวั สดุ ท้าย ส่วน Anaerobic respiration เปน็ การหายใจทีไ่ มใ่ ช้ออกซิเจน
เป็นสารรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย สารรับอิเล็กตรอนที่ใช้ในกรณีนี้ ได้แก่ ไนเตรท ซัลเฟต หรือ
คารบ์ อนไดออกไซด์
แต่เนื่องจากการใช้ออกซิเจนเป็นสารรับอิเล็กตรอนจะได้พลงั งานสูงกว่าการใช้ไนเตรท หรือ
ซัลเฟตมาก ทำให้จุลินทรีย์กลุ่มอื่นเจริญเติบโต และแย่งใช้สารอินทรีย์ในระบบแข่งกับพวกที่ใช้
ออกซิเจนไม่ได้ แม้ว่าระบบในบริเวณน้ันจะมีไนเตรทหรือซัลเฟตอยู่ก็ตาม ในดินที่ปนเปื้อนหรือ
ในน้ำเสียทีล่ ึกลงไปออกซิเจนจะเริ่มลดลงเนื่องจากออกซิเจนจากอากาศแพรล่ งไปได้น้อยลง และจาก
การใช้ออกซิเจนของจุลินทรีย์ จุลินทรีย์กลุ่มอื่นจะเจริญเติบโตข้ึนมาแทนที่โดยจุลินทรีย์กลุ่มที่ใช้
ไนเตรทเปน็ สารรบั อิเลก็ ตรอนตัวสุดท้ายจะเปน็ กลุ่มต่อไปที่เจริญเติบโตข้นึ มา เนือ่ งจาก การใช้ไนเตรท
เป็นสารรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายได้พลังงานรองลงมาจากออกซิเจนเช่นเดียวกัน ในบริเวณที่ไนเตรท
เริ่มหมดไปจุลินทรีย์กลุ่มอื่น ได้แก่ พวกที่ใช้ซัลเฟต คาร์บอนไดออกไซด์ และสารอินทรีย์เป็นสารรับ
อิเลก็ ตรอนตัวสดุ ท้ายจะเจริญเตบิ โตข้นึ มาแทนแต่จลุ นิ ทรยี ก์ ลมุ่ ใดจะเปน็ กลุ่มเด่นข้นึ อยู่กบั ปัจจยั หลาย
ประการเพราะจลุ ินทรีย์ทั้งสามกลุ่มนีม้ ีความเกี่ยวขอ้ งสัมพันธ์กันเป็นอย่างมากท้ังการพ่ึงพาอาศัยกัน
และแข่งขนั กัน

84

การย่อยสลายสารอินทรีย์และสารมลพิษอินทรีย์ในธรรมชาติโดยจุลินทรีย์ท่ีใช้ออกซเิ จนเป็น
ตัวรับอิเล็กตรอนสดุ ท้ายจุลนิ ทรยี ์จะนำคารบ์ อนและพลงั งานทไี่ ด้จากการย่อยสลายนั้นไปใช้การดำเนิน
วิถีเมแทบอลิซึมของเซลล์ การเจริญและการสร้างเซลล์ใหม่ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยสลาย
สารอินทรีย์และสารมลพิษอินทรีย์อย่างสมบูรณ์น้ัน ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และเซลล์ใหม่
กระบวนการการยอ่ ยสลายสารอินทรียแ์ ละสารมลพษิ อินทรีย์อย่างสมบูรณ์ (อีกนัยหนึ่งคอื การเปลีย่ น
จากรูปสารอินทรีย์ไปเปน็ รูปสารอนินทรีย์) เรียกวา่ กระบวนการ Mineralization ซึ่งแสดงได้ดังสมการ

สารต้งั ต้น (สารอินทรีย์และสารมลพิษอินทรีย)์ + O2 --> เซลล์ใหม่ (Biomass) + CO2 + H2O

ถ้าหากการย่อยสลายสารมลพษิ อินทรีย์ในระบบนั้นเกิดขนึ้ อยา่ งไม่สมบูรณ์แล้ว กระบวนการนี้
จะถูกเรียกวา่ กระบวนการการเปลี่ยนรปู (Biotransformation) โดยสารตั้งต้นจะถกู เปลี่ยนรปู ไปเปน็ สาร
ผลิตภัณฑท์ ี่ถูกสะสมอยใู่ นเซลล์หรือถูกขบั ออกจากเซลล์ ซึ่งสารผลิตภัณฑท์ ีไ่ ด้จากการยอ่ ยสลายสาร
มลพิษอินทรีย์อย่างไม่สมบูรณ์ ได้แก่ สารอินทรีย์จำพวกแอลกอฮอล์ แอลดีไฮด์ (Aldehyde) คีโตน
(Ketone) หรือกรดอินทรีย์ เช่น กรดไพรูวิก กรดซิตริก กรดไกลโคลิก และกรดออกซาลิก (Oxalic acid)
เปน็ ต้น โดยปฏิกิริยาของการยอ่ ยสลายอย่างไมส่ มบูรณ์แสดงได้ ดงั สมาการ

สารตงั้ ต้น (สารมลพิษอินทรีย์) + O2 --> เซลลใ์ หม่ + CO2 + H2O + สารผลติ ภัณฑ์อินทรีย์

สำหรับการย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์จำพวกสารประกอบฮาโลเจน (Halogenated organic
compounds) สว่ นใหญ่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเปน็ ลำดบั แรก ได้แก่ การกำจัดหมฮู่ าโลเจน (Dehalogenation)
โดยปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยหมู่ไฮดรอกซิล และการกำจัดสารไฮโดรเจนฮาไลด์ (Hydrogen halide)
ตวั อยา่ งของปฏิกิริยา Dehalogenation ของสารประกอบอินทรียท์ ี่มีหมู่คลอรีน 1-2 หมู่ เช่น

C2H4Cl + HOH --> C2H4ClOH + HCl

สำหรับสารมลพิษอินทรีย์ที่มีหมู่คลอรีนมากกว่า 2 หมู่ เช่น คาร์บอนเททระคลอไรด์ หรือ
เพอร์คลอโรเอทิลีนซึ่งประกอบด้วยหมู่คลอรีน 4 หมู่นั้น พบว่า การย่อยสลายจะเกิดได้โดยใช้
วิถีเมแทบอลิซึมร่วม หรือเกิดโดยปฏิกิริยาการย่อยสลายซึ่งไม่ใช้ออกซิเจนโดยปฏิกิริยา Reductive
dechlorination การย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ในธรรมชาติโดยจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจน (Strict
anaerobes) หรือจุลินทรีย์ใช้หรือไม่ใช้ออกซิเจน (Facultative anaerobes) ตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายท่ีมี
ความสำคัญ ได้แก่ ไนเตรต คารบ์ อนไดออกไซด์ ซัลเฟต (SO3) หรือ ไธโอซัลเฟต (S2O3) จุลินทรีย์ทีไ่ ม่
ใช้ออกซิเจนเป็นตัวรบั อิเลก็ ตรอนเหล่านี้ ได้แก่ ซลั เฟต-รีดิวซิงแบคทเี รีย (Sulfate-reducing bacteria)

85

หรือแบคทีเรียจำพวกเมทาโนเจน ปฏิกิริยาย่อยสลายและการเปลี่ยนแปลงรูปสารอินทรีย์หรือสาร
มลพษิ อินทรีย์ตั้งต้นโดยใช้ตัวรับอิเลก็ ตรอนสดุ ท้ายอื่นแทนการใช้ออกซิเจนแสดงได้ดังสมการ ดงั นี้

สารตงั้ ต้น (สารมลพิษอินทรีย)์ + NO3 --> เซลลใ์ หม่ + N2 + NO2 + H2O + CO2
สารตง้ั ตน้ (สารมลพิษอินทรีย์) + NO2 --> CO2+ H2O + N2

H2 + SO42- --> H2S + H2O
สารตั้งต้น (สารมลพิษอินทรีย)์ + H2 --> เซลลใ์ หม่ + CH4

2H2 + CO2 --> CH4 + H2O

สำหรับปฏกิ ิริยาของการยอ่ ยสลายแบบไมใ่ ช้ออกซิเจนทเี่ กิดอย่างไมส่ มบรู ณน์ ั้น ผลิตภณั ฑท์ ี่
เกิดขึน้ ไดแ้ ก่ กรดอนิ ทรีย์ ซึ่งแสดงได้ดงั ตัวอย่าง ดังนี้

CH3CHCOOH + SO42- --> CH3COOH + CO2 + H2S

ตัวอย่างวิถีการย่อยสลายสารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนโดยปฏิกิริยาที่ใช้และไม่ใช้ออกซิเจน
แสดงดังภาพที่ 3.2 สำหรับวิถีการย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและสารประกอบ
ฮาโลเจนอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจนแสดงดังภาพที่ 3.3 (ก) และภาพที่
3.3 (ข) และวถิ ีการย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนบางประเภทโดยปฏิกิริยาที่ไม่ใช้ออกซิเจน
แสดงดังภาพท่ี 3.4 (ก) และภาพท่ี 3.4 (ข)

86

ภาพที่ 3.2 : วถิ ีการย่อยสลายสารอะลิฟาตกิ ไฮโดรคารบ์ อนโดยปฏกิ ิริยาทีใ่ ช้และไม่ใช้ออกซิเจน
ทีม่ า : ดัดแปลงจาก Ellis et al., 2006

87

ภาพที่ 3.3 : วิถีการย่อยสลาย (ก) สารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน และ (ข) สารประกอบฮาโลเจน
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจน โดยเคติคอล (Catechol) เป็นสาร
ตวั กลางที่สำคัญของวถิ ีการย่อยสลายก่อนเข้าสู่ปฏิกิริยาการแตกวง (Ring cleavage) ซึ่ง
เปน็ ปฏิกิริยามีการแทรกโมเลกลุ ของออกซิเจน

ที่มา : ดดั แปลงจาก Ellis et al., 2006

88

ภาพที่ 3.4 : (ก) วถิ ีการย่อยสลายสารเบนโซเอต ฟนี อล และเคติคอลภายใตส้ ภาวะไร้ออกซิเจน โดยมี
ไซโคลเฮกซะโนนเปน็ สารตวั กลางทีส่ ำคญั ของวถิ กี ารยอ่ ยสลาย
(ข) วถิ ีการยอ่ ยสลายสารเบนโซเอตอีกวถิ ีหนึง่ ทีม่ ีการคน้ พบ

ทีม่ า : Bouwer and Zehnder, 1993

89

3.3.2 ชนิดของจุลนิ ทรีย์ที่มีความสามารถในการยอ่ ยสลายมลพิษ
จุลินทรียส์ ่วนใหญ่มีบทบาทเป็นผู้ย่อยสลายสารอินทรียช์ นิดตา่ ง ๆ เช่น ซากพืช และซากสัตว์
ที่อยใู่ นธรรมชาติ ในขณะเดียวกนั ยังมสี ารประกอบอีกหลายชนิดที่มนุษย์สังเคราะห์ขนึ้ ซึ่งมกั จะเปน็ สาร
ที่ก่อให้เกิดมลพิษหรือสารที่ย่อยสลายได้ยากโดยจุลินทรีย์ทั่ว ๆ ไปในธรรมชาติ ทำให้สารประกอบ
เหลา่ นีต้ กคา้ งอยใู่ นสิง่ แวดล้อมเปน็ จำนวนมาก
จุลินทรีย์ในธรรมชาติโดยท่ัวไปอาจไม่สามารถทนทานต่อความเป็นพิษ และไม่สามารถย่อย
สลายสารมลพิษเพ่ือใช้เป็นสารอาหารได้อย่างไรก็ตาม พบว่า จุลินทรีย์ในธรรมชาติบางชนิดมี
ความสามารถในการปรับตัวของเซลล์ให้ทนทานต่อความเปน็ พิษของสารมลพิษเหล่านใี้ นสิ่งแวดล้อม
และในเวลาเดียวกันอาจมีความสามารถในการเหนี่ยวนำเพ่ือสร้างเอนไซม์และวิถีเมแทบอลิซึมที่
เหมาะสมตอ่ การย่อยสลายสารเหล่านเี้ พ่ือนำมาให้เป็นสารอาหารในการเจริญสร้างเซลล์ใหม่และใน
การสร้างพลังงาน จุลินทรีย์ที่มีความสามารถและมีลักษณะสมบัติที่ดีดังกล่าวนี้สามารถพบได้ใน
สิ่งแวดล้อมทั่วไปหรือในสิ่งแวดล้อมที่มีการปนเปื้อนของสารมลพิษ เช่น ดิน น้ำ น้ำบาดาล ตัวอย่าง
ของจุลินทรีย์ที่มีความสามารถและคัดแยกได้จากสิ่งแวดล้อมที่มีการปนเป้ือนของสารมลพิษแสดงใน
ตารางที่ 3.2 และ 3.3 จุลินทรีย์ที่มีความสามารถเหล่านี้อาจสามารถย่อยสลายสารมลพิษได้ด้วย
ตนเอง แต่ในบางกรณีการย่อยสลายสารมลพษิ ต้องอาศยั การทำงานของจุลินทรีย์เป็นกลุ่ม ประโยชน์
ของการอยรู่ ่วมกันของกลมุ่ จุลินทรีย์ ได้แก่ การยอ่ ยสลายแบบเป็นชนิ้ ๆ หรือการเกิดปฏกิ ิริยาการย่อย
สลายแบบเป็นลำดับ การสร้างสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งซึ่งเป็นสารจำเป็นต่อการเจริญของ
จลุ ินทรีย์อีกชนิดหนึ่ง ดังตัวอย่างภาพที่ 3.5 หรือการกำจัดสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งซึ่งสาร
ดังกล่าวเป็นสารพษิ ของจุลินทรีย์อีกชนิดหนึ่งทีอ่ ยู่ในสิ่งแวดล้อมเดียวกัน หรือการทำงานร่วมกันของ
กลมุ่ จลุ ินทรีย์เพอ่ื ให้มีอัตราการยอ่ ยสลายสารมลพษิ สงู สดุ ดังตวั อยา่ งภาพท่ี 3.6

ตารางที่ 3.2 : ตวั อย่างชนิดของจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนทีแ่ ยกได้จากสิ่งแวดล้อมที่มีการปนเป้ือนของ
สารมลพษิ ซึ่งมคี วามสามารถในการยอ่ ยสลายสารมลพษิ

ประเภทของจลุ นิ ทรีย์

แบคทีเรีย รา
Fusarium sp.
Achromobacter xyloxidans Mycobacterium vaccae Phanerochaete chrysorhiza
Phanerochaete sanguine
Acinetobacter sp. Pseudomonas aeruginosa Trametes hirsute

Alcaligenes denitrificans Pseudomonas stutzeri

Flavobacterium sp. Xanthobacter autotrophicus

ทีม่ า : Rainwater and Scholze, 1991

90

ตารางที่ 3.3 : ชนิดของจลุ ินทรียท์ ี่ไมใ่ ช้ออกซิเจนทีแ่ ยกได้จากสิ่งแวดล้อมที่มีการปนเป้ือนของสาร
มลพษิ ซึ่งมคี วามสามารถในการย่อยสลายสารมลพษิ

สารมลพิษ ชนิดหรือกลมุ่ ของจุลนิ ทรีย์ กระบวนการเปล่ยี นรปู
เบนโซเอต Pseudomonas stutzeri ดีไนตริไฟอิง
เคติดอล Desulfonema magnum ซัลเฟต รดี ิวซิง
พารา-ครซี อล แบคทเี รียจำพวกเมทาโนเจน
ฟีนอล แบคทเี รียจำพวกเมทาโนเจน เมทาโนจินกิ (Methanogenic)
ซลั เฟต-รีดิวซิงแบคทเี รีย ได้แก่ เมทาโนจินกิ
โทลอู ีน Desulfobacterium catecholicum ซัลเฟต รดี ิวซิง
ออโธ-ไซลนี แบคทเี รียจำพวกดีไนตริไฟอิง
ซัลเฟต-รีดิวซิงแบคทเี รีย ได้แก่ ดีไนตริไฟอิง
แบคทเี รียจำพวกเมทาโนเจน ซลั เฟต รดี ิซิง
แบคทเี รียจำพวกดีไนตริไฟอิง เมทาโนจินกิ
ซัลเฟต-รีดิวซิงแบคทเี รีย ดีไนตริไฟอิง
Desulfobacteriumphenolicum ซลั เฟต รดี ิซิง
แบคทเี รียจำพวกเมทาโนเจน
แบคทเี รียจำพวกดีไนตริไฟอิง เมทาโนจินกิ
แบคทเี รียจำพวกดีไนตริไฟอิง ดีไนตริไฟอิง
แบคทเี รียจำพวกเมทาโนเจน ดีไนตริไฟอิง
แบคทเี รียจำพวกดีไนตริไฟอิง เมทาโนจินกิ
ดีไนตริไฟอิง

ที่มา : Lamar et al., 1990

91

ภาพที่ 3.5 : การสร้างสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งซึง่ เป็นสารจำเป็นต่อการเจริญของจุลินทรีย์
อีกชนิดหนึ่งที่มีความสามารถในการยอ่ ยสลายสารมลพษิ

ภาพที่ 3.6 : การทำงานร่วมกันของกลุ่มจลุ ินทรีย์เพ่อื การย่อยสลายสารมลพษิ อยา่ งมีประสิทธภิ าพใน
รูปเป็นการทำงานร่วมกันของแบคทีเรีย Desulfonomonile tiedjei ที่เปลี่ยนรูปสารมลพิษ
คลอโรเบนโซเอต และแบคทเี รียทีย่ ่อยสลายกรดเบนโซอิก การทำงานของแบคทเี รียทีย่ อ่ ย
สลายกรดเบนโซอิกจะดำเนินไปได้ต้องมีการกำจัดปริมาณไฮโดรเจนที่สร้างข้ึนเป็น
สารผลิตภัณฑ์ จึงต้องมีการทำงานร่วมกับ Methanospirillum ซึง่ ใช้ไฮโดรเจนและฟอร์เมต
เปน็ สารอาหาร

ทีม่ า : ดัดแปลงจาก William and Evans, 1973

92

นอกเหนือจากการที่จุลินทรีย์มีวิถีเมแทบอลิซึมในการย่อยสลายสารมลพิษเพ่ือให้ได้เป็น
สารอาหารแล้ว ในบางกรณีจุลินทรีย์ไม่สามารถยอ่ ยสลายให้สารเหล่านี้หมดไป แต่มีความสามารถใน
การเปลีย่ นรปู สารมลพษิ ไปเป็นสารผลิตภณั ฑ์อ่นื ทีม่ ีความเปน็ พษิ น้อยลง และวถิ ีเมแทบอลิซึมของการ
เปลี่ยนรูปสารดังกล่าวอาจไม่ได้ให้สารผลิตภัณฑ์ที่เป็นสารอาหาร หรือไม่ได้ให้พลังงานแก่เซลล์
วถิ ีเมแทบอลิซึมดังกลา่ วเรียกว่า วิถีเมแทบอลิซึมรว่ ม ซึ่งเอนไซมท์ ี่เร่งปฏิกิริยาการเปลีย่ นรูปของสาร
มลพษิ ในวิถีนี้ถูกสร้างข้นึ จากการเหนี่ยวนำด้วยวธิ ีเมแทบอลิซึมหลกั อีกวถิ ีหนึ่งซึ่งเปน็ วถิ ีเมแทบอลิซึม
ของการใช้สารอาหารเพ่อื การเจริญและการสร้างพลังงานให้เซลล์ ตวั อยา่ งของชนิดของจุลินทรีย์ที่มี
รายงานถึงความสามารถในการใช้วิถีเมแทบอลิซึมร่วมเพ่ือการย่อยสลายสารมลพิษแสดงในตารางที่
3.4 สำหรับการเปลี่ยนรูปสารมลพิษไปเป็นสารผลิตภัณฑ์อื่นที่มีความเป็นพิษน้อยลงด้วยวิถี
เมแทบอลิซึมร่วมนี้จัดเป็นกระบวนการลดพิษ ซึ่งจะช่วยให้จุลินทรีย์สามารถเจริญและดำรงชีวิตใน
สิ่งแวดล้อมที่มีการปนเปื้อนด้วยสารมลพิษได้โดยเปลี่ยนรูปสารมลพิษเหล่านั้นให้อยู่ในรูปของสาร
ผลิตภัณฑ์ที่มีความเป็นพิษน้อยลงหรือไม่มีเลย สารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการเปลีย่ นรูปดังกล่าวอาจถูก
ขับออกนอกเซลลห์ รือถกู สะสมอย่ใู นเซลลก์ ็ได้ ตารางที่ 3.5 แสดงตวั อยา่ งของสารมลพษิ อินทรียท์ ี่ถูก
เปลีย่ นรูปด้วยวถิ ีเมแทบอลิซึมรว่ มและสารผลิตภณั ฑท์ ี่เกิดขนึ้ จากการเปลีย่ นรูปน้ันและถูกสะสมอยใู่ น
เซลล์

ตารางที่ 3.4 : ตัวอย่างของกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีรายงานถึงความสามารถในการใช้วิถีเมแทบอลิซึมร่วม
เพ่อื การยอ่ ยสลายสารมลพษิ

Arthrobacter sp. ประเภทจุลนิ ทรีย์ รา
Azotobacter chrococcum Aspergilus niger
Azotobacter vinelandii แบคทีเรีย Trichoderma viride
Bacillus megaterium Micrococcus cerificans
Bacillus sp. Micrococcus sp. ฯลฯ
Brevibacterium sp. Nocardia erythropolis
Flavobacterium sp. Nocardia sp.
Hydrogenomonas sp. Pseudomonas fluorescens
Methanotrophs Pseudomonas putida
Streptomyces aureofaciens
Vibrio sp.
Xanthomonas sp.

ที่มา : Vogel et al., 1987

93

ตารางที่ 3.5 : สารมลพษิ อินทรีย์ทีถ่ กู เปลี่ยนรูปด้วยวถิ ีเมแทบอลิซึมร่วมและสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขนึ้

สารมลพิษอินทรีย์ทีถ่ ูกเปล่ยี นรปู ได้ สารผลติ ภณั ฑท์ ี่เกดิ ขึน้
ดว้ ยวิถีเมแทบอลซิ มึ ร่วม
กรดอะซิติก
อีเทน กรดโพรพิโอนิก, เมธิว-เอธิว-คโี ตน
โพรเพน กรดบิวทาโนอิก,เมธิว-เอธิว-คโี ตน
บิวเทน 4-คลอโรเคติคอล 3-คลอโรเคตาคอล
เมตา-คลอโรเบนโซเอต 3-ฟลอู อโรเคติคอล ฟลูออโรอะซิเดต
ออโธ-ฟลูออโรเบนโซเอต กรด 2-ฟลูออโรโพรโตเคติซอู ิก
2-ฟลอู อโร-4-ไนโตรเบนโซเอต 2-ไฮดรอกซี-4-คลอโร-มิวโคนิก เซมิอลั ดีไฮด์
4-คลอโรเคติคอล 2-ไฮดรอกซี-3,5-ไดคลอโร-มิวโคนิก เซมิอลั ดีไฮด์
3-5ไดคลอโรเคติคอล 2-ไฮดรอกซี-3-เมธิวมิวโคนิก เซมิอัลดีไฮด์
3-เมธิเคติคอล กรดออโธ-โทลูอิก
ออโธ-ไซลีน กรดพารา-โทลูอิก
พารา-ไซลีน กรด 2,3-ไดไฮครอกซี-พารา-โทลูอิก
กรดฟนี ิลอะซิติก
บิวทิวเบนซีน กรดฟนี ิลอะซิติก
เอทธิวเบนซีน กรดซินมามิก
โพรพิวเบนซีน พารา-โพรพิวเบนโซเอต
พารา-โพรพิวโทลูอีน กรดไซโคลเฮกเซนอะซิติก
บิวทิวไซโคลเฮกเซน 3,5-ไดคลอโรเคติคอล
2,3,6-ไตรคลอโรเบนโซเอต 3,5-ไดคลอโรเคติคอล
กรด 2,4,6-ไตรคลอโรเบนโซเอต พารา-คลอโรฟนี ิลอะซิเตต
ไดคลอโรไดฟนี ิลมีเทน กรด 2-ฟนี ิล-3,3,3-ไตรคลอโรโพรพิโอนิก
1,1-ได้ฟีนิล-2,2,2-ไตรคลอโรมีเทน 1,2-ไดคลอโรอีทนี
1,1,1-ไตรคลอโรอีทนี

ที่มา : Vogel et al., 1987

94

โดยจุลินทรีย์ท้ังแบคทีเรีย รา และแอคติโนมัยซิส สามารถย่อยสลายพลาสติกที่ผลิตจาก
พอลิเอธิลีนได้โดยอาศัยเอนไซม์ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสลายสายของพอลิเมอร์ให้กลายเป็น
โอลีโกเมอร์ (Oligomer) หรือโมโนเมอร์ (Monomer) ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการสลายสารอาหารภายใน
เซลล์ของจุลินทรีย์ ซึ่งถ้าเปน็ การสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และ
น้ำเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย ในขณะที่การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือไร้ออกซิเจน จะได้
กา๊ ซคารบ์ อนไดออกไซด์ น้ำ และยังได้ก๊าซมีเทนกลับเข้าสูส่ ิง่ แวดล้อมอีกด้วย การย่อยสลายพลาสติก
โดยจุลินทรีย์ถือเป็นการย่อยสลายที่สมบรู ณ์เพราะไมม่ ีผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษตกค้างในสิง่ แวดล้อม ซึ่ง
แตกต่างจากพลาสติกที่เกิดการย่อยสลายได้เองจากแสง หรือความร้อน ซึ่งยังเหลือผลิตภัณฑ์ชนิด
อืน่ ๆ ทีไ่ ม่สามารถยอ่ ยสลายตอ่ ไปได้ตกคา้ งอยใู่ นสิง่ แวดล้อม

พลาสติกมีหลากหลายชนิด สามารถนำไปผลิตเป็นวัสดตุ า่ ง ๆ ได้หลากหลาย แต่พลาสติกชนิด
ที่มีการใช้งานกันมาก คือ พลาสติกที่ใช้ในงานด้านการบรรจุภัณฑ์ เช่น ถุงพลาสติก ขวดบรรจุ
เครื่องดื่ม และกล่องบรรจุอาหาร พลาสติกชนิดนี้เป็นพลาสติกที่ผลิตข้ึนจากโพลีเมอร์สังเคราะห์ ที่
เรียกว่า โพลเี อธิลีน (Polyethylene ; PE) เมื่อสังคมมนษุ ย์มีการพฒั นาด้านตา่ ง ๆ เจริญก้าวหน้าไปมาก
โพลีเอธิลีนจึงถูกนำมาใช้เพ่ือผลิตเป็นพลาสติกมากข้ึนเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นปัญหาตามมา คือ ไม่
สามารถกำจัดพลาสติกที่ถูกนำไปใช้ประโยชน์แล้วเหล่านี้ได้ ปริมาณขยะพลาสติกล้นเมือง การ
แก้ปัญหามกั จะทำโดยการฝงั กลบในดินทำให้เกิดปัญหากับระบบนิเวศข้ึน เพราะเมื่อพลาสติกเหล่านี้
ปนเปื้อนอยู่ในดินจะต้องใช้เวลาตั้งแต่ 20 ปี ไปจนถึงเป็น 1,000 ปี กว่าจะเริ่มมีการย่อยสลายข้นึ เอง
ตามธรรมชาติ

3.3.3 ปฏิกิริยาในวิถีการย่อยสลายสารมลพิษทีเ่ รง่ โดยเอนไซม์
เอนไซม์เป็นสารกลุ่มโปรตีน ที่จุลินทรีย์สร้างข้ึน ซึ่งใช้ในการสร้างพลังงานที่จำเป็นต่อทุก
ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ที่เกิดข้นึ ในสิ่งมีชีวิต แม้กระท่ังวติ ามิน แรธ่ าตุ หรือ ฮอร์โมน ก็ไม่สามารถทำงานได้
หากไม่มีเอนไซม์ เอนไซม์เป็นตัวเรง่ ปฏิกิริยาที่สามารถทำงานได้อยา่ งเป็นระบบ ประเภทของปฏิกิริยา
การเปลี่ยนรปู และการยอ่ ยสลายสารมลพษิ ในวถิ ีเมแทบอลิซึมในจุลินทรีย์แต่ละชนิดมีความแตกตา่ ง
กับข้ึนอยู่กับชนิดและลักษณะสมบัติของเอนไซม์ที่จุลินทรีย์น้ัน ๆ สร้างข้ึน เอนไซม์ดังกล่าวนี้อาจถูก
สร้างข้ึนจากการเหนี่ยวนำอย่างจำเพาะต่อสารมลพิษน้ัน ๆ หรือถูกสร้างข้ึนจากกระบวนการ
เมเทบอลิซึมร่วม ผลที่ได้จากการย่อยสลายสารมลพิษเป้าหมายน้ันอาจได้เป็นสารผลิตภัณฑ์หรือ
พลังงานที่จุลินทรีย์สามารถนำไปใช้ให้เป็นประโยชน์ต่อการเจริญ ในบางกรณีสารผลิตภัณฑ์น้ันถูก
สะสมอยูใ่ นเซลล์โดยไม่ได้ใช้ประโยชนห์ รือถูกขบั ออกนอกเซลล์ดงั ภาพท่ี 3.7

95

ภาพที่ 3.7 : วถิ ีการยอ่ ยสลายสารมลพษิ โดยการเรง่ ปฏิกิริยาของเอนไซมใ์ นจุลินทรีย์
ประเภทของปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงรูปหรือการย่อยสลายสารมลพิษในวิถีเมแทบอลิซึมใน

จลุ ินทรีย์ทีเ่ รง่ โดยเอนไซมส์ ามารถแบง่ ออกได้เป็น 6 ประเภทหลกั ได้แก่ ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ปฏิกิริยา
การแตกตัว ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน ปฏิกิริยาดีไฮโดรฮาโลจีเนชัน และ
ปฏิกิริยาการแทนที่ ดังแสดงในตารางที่ 3.6

96

ตารางที่ 3.6 : ประเภทของปฏิกิริยาการเปลี่ยนรปู และการย่อยสลายสารมลพษิ ในวถิ ีเมแทบอลิซึมใน
จุลินทรียท์ ี่เรง่ โดยเอนไซม์

1. ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolysis)

RCO-OR1 + H2O ---> RCOOH + R1-OH
RCO-SR1 + H2O ---> RCOOH + R1-SH

R-CH-OR + H2O ---> RH + HO-CH-OR1

2. ปฏิกิริยาการแตกตัว (Cleavage)

RCOOH ---> RH + CO2

HOCHR-CH R1-OH ---> RCH2OH + R1CHO

3. ปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั -รีดักชนั (Oxidation Reduction)

AH2 + B ---> A + BH2

AH2 + O2 ---> A + H2O2

4. ปฏิกิริยาดีไฮโดรจีเนชัน (Dehydrogenation)
R2CH-CHR-OH ---> R2CH = CHR + H2O
R2CH-CHR-NH2 ---> R2CH = CHR + NH3

5. ปฏิกิริยาดีไฮโดรฮาโลจีเนชัน (Dehydrohalogenation)

RC-CR1 ---> RC = CR1 + HCl

Cl H

6. ปฏิกิริยาการแทนที่ (Substitution)

RCBr + H2O ---> RCOH + Br
RCH2 + HS- ---> RCH2SH + Br
Br

97

จากความหมายของการยอ่ ยสลายทางชีวภาพ คอื กระบวนการที่นำสารอินทรีย์มาทำปฏิกิริยา
กบั สารอนินทรีย์ ทำให้ย่อยสลายได้ ซึ่งอินทรียวัตถุจะเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุ สารลดแรงตึงผิวซึ่งจะหลั่ง
ออกมายังผิวด้านนอกโดยการทำงานของเซลล์จุลินทรีย์ เพ่ือเพ่ิมกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ
การย่อยสลายทางท่ัวไปใช้อินทรีย์วัตถุ เช่น พืช สัตว์ และสารอื่น ๆ ที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต หรือวตั ถุที่มี
ความคล้ายคลึงกับพืช และสัตว์ ที่ทำให้จุลินทรีย์สามารถนำไปใช้ได้ จุลินทรีย์บางชนิดเกิดข้ึนตาม
ธรรมชาติ โดยจุลินทรีย์มีความหลากหลายในกระบวนการสร้าง นำไปสู่การย่อยสลาย การเปลี่ยน-
รูปแบบ หรือสะสมในรูปสารประกอบไฮโดรคาร์บอน เช่น น้ำมัน โพลีคลอริเนตไบฟีนิล (PCBs)
โพลีอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อน (PAHs) สารทางยา สารกัมมันตรงั สี และโลหะหนกั

ขณะนี้เทคโนโลยีการยอ่ ยสลายทางชีวภาพมีการพัฒนาในทางการตลาดอย่างสงู ด้วยการใช้
งานการผลิตบรรจุภัณฑ์และทางการแพทย์ เทคโนโลยีการย่อยสลายเป็นกังวลกับการผลิตทาง
วิทยาศาสตรข์ องวัสดุทีย่ อ่ ยสลายได้ทางชีวภาพนำมาพัฒนาในการผลิตพลาสติกย่อยสลายทางชีวภาพ
โดยการคิดผลิตภัณฑ์โมเลกุลขนาดใหญ่โพลีเมอร์ของพลาสติก ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน
ออกซิเจนในอากาศ ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายได้ จากหนึ่งสัปดาห์เป็นหนึ่งปีสองปี ต่อไปเรื่อย ๆ
กระบวนการเสียภาพทางเคมีเกิดปฏกิ ิริยาโมเลกลุ ขนาดใหญ่พอลิเมอรข์ องพลาสติก ปฏิกิริยานเี้ กิดขึ้น
โดยปราศจากการเติมตัวเสียสภาพแต่ก็มีอัตราที่ช้ามาก คือ เหตุผลของพลาสติกเมื่อทิ้งไว้ใน
สิง่ แวดล้อมเปน็ เวลานานด้วยปฏิกิริยานี้ จะกระตุ้นและเร่งกระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพ

จึงมีการพัฒนางานวิจยั ทีจ่ ะคดั สรรจุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการยอ่ ยสลายสารมลพษิ ทาง
ชีวภาพได้อย่างมีประสิทธภิ าพ

3.4 ตัวรับอิเลก็ ตรอนและแหล่งพลังงาน
องคป์ ระกอบพ้ืนฐานสำคัญของการบำบัดสารมลพษิ ทางชีวภาพ ได้แก่ ชนิดและลักษณะสมบัติ

ของจลุ ินทรีย์ รวมทั้งปัจจยั ต่าง ๆ ทีส่ ่งผลต่อการเจริญและวถิ ีเมแทบอลิซึม ปจั จยั หนึง่ ที่มีความสำคัญ
ได้แก่ ประเภทของตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย (Terminal electron acceptor) และวิถีขนส่งอิเล็กตรอน
(Electron transport pathway) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างพลังงานให้แก่ จุลินทรีย์ ภาพที่ 3.8 แสดง
ความสัมพันธ์ในภาพรวมของวิถีเมแทบอลิซึมต่าง ๆ ของเซลล์ วิถีเมแทบอลิซึมการย่อยสลาย
สารมลพษิ จำพวกไฮโดรคารบ์ อน วถิ ีขนส่งอิเลก็ ตรอน ตัวรับอิเล็กตรอนสดุ ท้าย และการสร้างพลงั งาน
ให้แกเ่ ซลล์

98

ภาพที่ 3.8 : ความสัมพันธ์ของวิถีเมแทบอลิซึมของเซลล์ วิถีการย่อยสลายสารมลพิษจำพวก
ไฮโดรคาร์บอน วิถีขนส่งอิเล็กตรอน ตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้าย (O2 หรือ NO3- หรือ
SO42-) และการสร้างพลงั งานให้แกเ่ ซลล์

ปฏิกิริยาการย่อยสลายสารมลพษิ โดยจุลินทรีย์ที่เกีย่ วขอ้ งกบั การสร้างพลงั งานแกเ่ ซลล์ ได้แก่
ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับชนิดของตัวให้ และตัวรับอิเล็กตรอน
รวมถึงประเภทของวิถีเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ การเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอน (Electron transfer)
กอ่ ให้เกิดการเปลยี่ นแปลงสถานะออกซิเดชนั (Oxidation state) ของสารต้ังต้น และสารผลิตภณั ฑ์ คำที่
ใช้เรียกตัวให้อิเล็กตรอน (Electron donors) คือ รีดักแตนต์ (Reductants) หรือตัวรีดิวซ์ และตัวรับ
อิเลก็ ตรอน (Electron acceptors) คอื ตัวออกซิแดนต์ (Oxidant) การยอ่ ยสลายสารมลพษิ ในสิ่งแวดล้อม
ที่มีออกซิเจนโดยจุลินทรียท์ ่ีใช้ออกซิเจนจะใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเลก็ ตรอนสุดท้ายในขณะทีไ่ นเตรต
จะถูกใช้เป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายในสิ่งแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ (Anoxic environment) และ
ซัลเฟตมักจะถูกใช้เป็นตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายในสิ่งแวดล้อมที่ ไม่มีออกซิเจน (Anaerobic
environment) ในกรณีที่มีตัวรับอิเล็กตรอนมากกว่าหนึ่งชนิดที่จุลินทรีย์สามารถใช้ได้ในสิ่งแวดล้อม
จุลินทรียม์ ักจะเลือกใช้ตวั รับอิเลก็ ตรอนชนิดที่ให้พลังงานแก่เซลล์มากกว่าปริมาณพลังงานอิสระ (Free
energy) หรือพลังงานอิสระของกิบส์ (Gibbs free energy) ที่จุลินทรีย์จะได้รับจากปฏิกิริยาการย่อย
สลายสารมลพษิ สามารถคำนวณได้จากเทอรโ์ มไดนามิกสข์ องปฏิกิริยานั้น ๆ ดังสมการ

∆G๐ = ∑∆G๐ (สารผลิตภณั ฑ)์ - ∑∆G๐ (สารตง้ั ตน้ )

99

เมื่อ ∆G๐ คอื ปริมาณพลังงานอิสระของกิบส์สุทธิ (จูลส์) ทีไ่ ด้จากปฏิกิริยาภายใต้สภาวะมาตรฐานที่
25 องศาเซลเซียสและความดนั 1 บรรยากาศ สำหรบั ระบบทีเ่ ปน็ ของเหลวความเขม้ ขน้ ของสารละลาย
ภายใต้สภาวะมาตรฐานคือ 1 โมลาร์ นอกจากนี้แล้ว พลังงานอิสระของกิบส์ยังสัมพันธ์โดยตรงกับ
แอกติวิตีของอิเลก็ ตรอน (Electron activity ; pE) ซึ่งเปน็ ค่าทางทฤษฎีท่ภี าวะสมดุล (Equilibrium) ที่ระบุ
ถึงแนวโน้มสัมพัทธ์ (Relative tendency) ของสารว่า จะรับ (Accept) หรือให้ (Transfer) อิเล็กตรอน
ดังสมการ

pE = -log {e} = {-∆G๐ / 2.3} nRT

เมื่อ R คือ ค่าคงที่ของก๊าซ (Gas constant ; 8.314472 m3.Pa.K-1.mol-1) T คือ อุณ หภูมิ
(เคลวิน) และ n คอื จำนวนของอิเล็กตรอนที่เกีย่ วข้องในปฏิกิริยา

ตารางที่ 3.7 แสดงตัวอย่างของปฏิกิริยาการย่อยสลายสารมลพิษที่มีตัวรับอิเล็กตรอนชนิด
ต่าง ๆ รวมท้ังระดับพลังงานที่จุลินทรีย์ได้รับจากปฏิกิริยาดังกล่าวแสดงในรูปของค่าแอกติวิตีของ
อิเลก็ ตรอน (Electron activity ; pE) (Alexander, 1994) ตารางที่ 3.8 แสดงการเปรียบเทียบค่าพลงั งาน
อิสระและค่าแอกติวิตีของอิเล็กตรอนทีไ่ ด้จากครึ่งปฏิกิริยา (Half reaction) ตา่ ง ๆ ซึ่งในภาพนสี้ ่วนบน
จะแสดงครึ่งปฏิกิริยาด้านรีดักชัน (Reduction half reduction) ส่วนล่างแสดงถึงครึ่งปฏิกิริยา
ต้านออกซิเดชัน (Oxidation half-reaction) ดงั นั้น ปฏิกิริยาการยอ่ ยสลายแบบออกซิเดชัน-รีดกั ชันจะ
เกิดข้ึนจากการควบคู่ปฏิกิริยาท้ังสองส่วนนี้ (Coupling of two half-reaction) หัวลูกศรในภาพแสดง
ทิศทางที่ปฏิกิริยาชอบที่จะเกิดข้ึน (Favorable reaction direction) หากระยะระหว่างลูกศรของ
ครึ่งปฏิกิริยาด้านออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยาด้านรีดักชันมีความห่างมาก ปฏิกิริยาควบคู่น้ันจะให้
พลงั งานอิสระแกจ่ ุลินทรีย์ได้มาก (Stumm and Morgan, 1981)

100

ตารางที่ 3.7 : ระดับพลงั งานในรปู ของคา่ แอกติวิตีของอิเล็กตรอนทจี่ ลุ นิ ทรีย์ได้รับจากปฏกิ ิริยาการ
ยอ่ ยสลายสารมลพษิ ที่มีตัวรับอิเลก็ ตรอนชนดิ ตา่ ง ๆ

ประเภทของปฏิกิริยาการยอ่ ยสลาย ระดับพลงั งานใน กระบวนการหรือ
และประเภทของตัวรับอิเลก็ ตรอน รปู ของคา่ แอกตวิ ิตี การเปล่ยี นรปู
ของอิเล็กตรอน

ปฏิกิริยาการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic)

O2(g) + 4H+ + 4e --> 2H2O +20.8 การหายใจโดยใช้ออกซิเจน
(Aerobic respiration)
ปฏิกิริยาการยอ่ ยสลายแบบไมใ่ ชอ้ อกซิเจน (Anaerobic)
ดีไนตริฟิเคชนั
2NO3- + 12H+ + 10e -->N2(g) + 6H2O +21.0 ไนเตรต รีดกั ชัน
+14.9 การหมกั แอลกอฮอล์
NO3- + 10H+ + 8e -->NH4 + 3H2O +3.99 (Fermentation)
ซลั เฟต รดี กั ชนั
H2C=O + 2H+ + 2e -->CH3OH การหมกั มีเทน

ฟอร์มัลดีไฮด์ เมทานอล

SO42- + 9H+ + 8e-->HS- + 4H2O +4.13
CO2(g) + 8H+ + 8e--> CH4(g) + 2H2O +2.87

ที่มา : Alexander, 1994

จากตารางที่ 3.8 นี้ ตัวอย่างของการประมาณพลังงานอิสระที่ได้จากปฏิกิริยาควบคู่ของครึ่ง
ปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกริ ิยารีดกั ชันสามารถแสดงได้ ดังนี้ เชน่ การย่อยสลายสารอินทรีย์และ
สารมลพิษอินทรีย์ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ในตารางที่ 3.8 ครึ่งล่างด้านซ้าย) จะให้อิเล็กตรอน
แก่ระบบ ซึ่งอิเล็กตรอนจะถกู ถา่ ยให้ไปยังตัวรับอิเล็กตรอนทีม่ ีในสิง่ แวดล้อมและที่ให้พลังงานแกเ่ ซลล์
สูงสุด ในที่นี้ตัวรับอิเล็กตรอนดังกล่าว คือ ออกซิเจน (ครึ่งบน ด้านขวาสุดในตาราง) หากใน
สิ่งแวดล้อมมีปริมาณออกซิเจนต่ำ ตัวรับอิเล็กตรอนที่เหมาะสมรองลงมา เช่น ไนเตรต สารอินทรีย์
ซลั เฟต และคาร์บอนไดออกไซด์ เปน็ ต้น กจ็ ะถกู นำมาใช้ตามลำดับ (Stumm and Morgan, 1981)

101

ตารางที่ 3.8 : คา่ พลงั งานอิสระและคา่ แอกติวิตีของอิเล็กตรอนที่ได้จากครึง่ ปฏิกิริยาด้านรีดกั ชันและ
ด้านออกซิเดชนั ของปฏิกิริยาออกซิเดชนั -รีดักชนั ในจลุ ินทรีย์

ที่มา : Stumm and Morgan, 1981
จากรายละเอียดของการเกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายมลพษิ อินทรียข์ องจุลินทรีย์ทีใ่ ช้ออกซิเจน

หรือสารต่าง ๆ เป็นตวั รบั อิเลก็ ตรอนสดุ ท้ายได้กล่าวมาแล้วขา้ งต้นน้ัน แสดงให้เหน็ ถึงความสำคัญของ
ชนิดของตัวรับอิเล็กตรอนต่อการดำเนินปฏิกิริยาการย่อยสลายมลพิษและการได้รับพลังงานของ
จุลินทรีย์ ดังน้ัน ในการควบคุมอัตราการเจริญของจุลินทรียแ์ ละควบคุมประสิทธิภาพการยอ่ ยสลาย
สารในกระบวนการบำบัดสารมลพิษที่ปนเป้ือนในสิ่งแวดล้อมน้ัน ปัจจัยสำคัญ คือ การควบคุมให้มี
ปริมาณตัวรับอิเล็กตรอนอย่างเพียงพอในสิ่งแวดล้อมนั้นเพ่ือให้ปฏิกิริยาการย่อยสลายสารมลพิษ

102

สามารถดำเนินไปได้โดยไม่ถูกยับยั้ง ตัวอย่างของปฏิกิริยาการย่อยสลายและความสัมพันธ์ของ
ปฏกิ ิริยาดังกลา่ วต่อการสร้างพลังงานแก่เซลล์แสดงได้ดงั ตอ่ ไปนี้

3.4.1 การย่อยสลายสารอะลฟิ าติกไฮโดรคาร์บอนสูว่ ิถีการสรา้ งพลงั งาน
ปฏิกิริยาออกซิเดชันของการย่อยสลายสารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนโดยจุลินทรีย์ได้
สารผลิตภัณ ฑ์ตามลำดับ ดังนี้ อัลเคน --> แอลกอฮอล์ --> อัลดีไฮด์ --> กรดอินทรีย์
นอกเหนือจากการใช้ NADH ในปฏิกิริยาของเอนไซม์ออกซิจีเนสในขั้นตอนแรกน้ัน NADH จะถูกสร้าง
จากปฏิกิริยาของเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนสในข้ันตอนที่ 2 และ 3 ซึ่งจากปฏิกิริยาดังกล่าวจะมีการส่งต่อ
อิเล็กตรอนไปยงั วิถกี ารถา่ ยทอดอิเลก็ ตรอนเพ่อื สร้างให้แกเ่ ซลล์ นอกจากนี้ คารบ์ อนที่ได้จากปฏิกิริยา
การยอ่ ยสลายสารอินทรีย์ตั้งต้นจะถกู ส่งตอ่ เขา้ ส่วู ฏั จกั รเครบส์ต่อไป ดงั ภาพท่ี 3.9

AH2 + O2 A + H2O

โดเดคเคน (C12H26) --> โคเคดานอล -- > โดเดคานลั ดีไฮดฮ์ --> กรดโดเดคาโนอิก

(อัลเคน) (แอลกอฮอล)์ (อลั ดีไฮด์) (กรดอินทรีย)์

วฏั จกั รเครบสแ์ ละ อะเซทิล-โคเอ + กรดอินทรีย์ – โคเอ
วิถีการสรางพลังงานให้แกเ่ ซลล์ (Acetyl - CoA) (Fatty acid - CoA)

ภาพที่ 3.9 : การย่อยสลายสารอะลิฟาตกิ ไฮโดรคาร์บอนสวู่ ถิ กี ารสร้างพลังงาน
ที่มา : Neumann et al., 1996

สำหรับการย่อยสลายสารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน (อะลิฟาติก
ไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่ฮาโลเจนเป็นหมู่โซ่ข้าง) น้ันสามารถเกิดข้ึนได้ด้วยปฏิกิริยาหลายแบบ ได้แก่
ปฏิกิริยาออกซิเดชนั ของสารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนเพ่ือเป็นแหล่งพลังงาน
แก่เซลล์หรือปฏิกิริยาออกซิเดชันของวิถีเมแทบอลิซึมร่วมภายใต้สภาวะที่ใช้ออกซิเจนหรือปฏิกิริยา
รีดักทีฟ ดีฮาโลจีเนชัน (Reductive dehalogenation) ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจนทั้งนี้ปฏิกิริยา
การย่อยสลายนี้ข้นึ กับชนิดของจุลินทรีย์ในธรรมชาติ วถิ ีเมแทบอลิซึมที่จุลินทรีย์ใช้ในการย่อยสลาย
ชนิดของตวั รับอิเล็กตรอนทีม่ ีในสิง่ แวดล้อมน้ัน

103

ปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคารบ์ อนภายใต้สภาวะที่
ใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนนั้นจะถูกเร่งด้วยเอนไซม์ 3 ประเภท ได้แก่ เอนไซม์ออกซิจีเนส
เอนไซม์ดีฮาโลจีเนส หรือเอนไซม์ไฮโดรไลติกดีฮาโลจีเนส สำหรับการเร่งปฏิกิริยาการยอ่ ยสลายด้วย
เอนไซม์ออกซิจีเนสนั้น สารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนจะถูกเปลี่ยนรูปเป็น
แอลกอฮอล์ อลั ดีไฮด์ หรืออีพอกไซด์ สำหรบั การเรง่ งปฏิกิริยาการยอ่ ยสลายด้วยเอนไซมด์ ีฮาโลจีเนส
น้ันสารผลิตภัณฑ์ที่ได้ ได้แก่ อัลดีไฮด์และกลูตาไธโอน สำหรับการเร่งปฏิกิริยาการย่อยสลายด้วย
เอนไซม์ไฮดรอไลติกดีฮาโลจีเนสนั้น สารผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยา ได้แก่ แอลกอฮอล์ และ
สารผลิตภณั ฑอ์ ืน่ ๆ

สำหรับสารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่ฮาโลเจนเป็นหมู่โซ่ข้าง
จำนวนมากกว่า 2 หมู่นั้นจะถูกเปลี่ยนรูปหรือถูกย่อยสลายได้ค่อนข้างยากภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้
ออกซิเจนด้วยปฏิกิริยารีดกั ทีฟ ดีฮาโลจีเนชนั โดยใช้สารอื่นเป็นตวั รับอิเล็กตรอนแทนการใช้ออกซิเจน
นอกจากการใช้สารอื่นที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอนแล้ว สารประกอบฮาโลจีเนตอะลิฟาติก
ไฮโดรคารบ์ อนเองยงั สามารถทำหนา้ ที่เปน็ ท้ังตวั ให้อิเลก็ ตรอนและตวั รบั อิเล็กตรอนในปฏิกิรยิ ารีดักทีฟ
อีกด้วย เนื่องจากสารเหล่านมี้ ีลักษณะสมบัติทีม่ ีความเป็นอิเล็กตรอนเนกาทีฟ กล่าวคือ สารประกอบ
ฮาโลจี เนต อะลิ ฟาติ กไฮโด ร คาร์บ อนที่ มีห มู่ฮาโลเจ นจำน วนม ากก ว่าจ ะอยู่ในรูป ออก ซิ ไดซ์แ ละมี
ศักยภาพในการรับอิเล็กตรอน เช่น การเกิดดีฮาโลจีเนชันของสารไตรคลอโรเอธิลีน (ทีซีอี) เป็นลำดับ
จนได้สารผลิตภัณฑส์ ดุ ท้ายเป็นไวนิลคลอไรด์

การย่อยสลายสารประกอบฮาโลจีเนสเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนด้วยปฏิกิริ ยารีดักชัน
ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจนน้ันสามารถให้พลังงาน จุลินทรีย์ได้เช่นเดียวกับการเกิดปฏิกิริยาที่ใช้
ออกซิเจน พลังงานอิสระที่ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันในจุลินทรีย์ท้ังแบบที่ใช้หรือไม่ใช้
ออกซิเจนแสดงดงั ตารางที่ 3.9

104

ตารางที่ 3.9 : ค่าพลังงานอิสระที่ได้จากปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันของการย่อยสลายสารประกอบ
ฮาโลจีเนตอะลิฟาติกไฮโดรคารบ์ อน

CM : คลอโรมีเทน PCE : เททระคลอโรอีทนี
CF : คลอโรฟอรม์ (ไตรคลอโรมีเทน) (เพอรค์ ลอโรเอทลิ ีน)
CT : คารบ์ อนเททระคลอไรด์ (เททระคลอโรมีเทน) E : อีเทน
DBM : ไดโบรโมมีเทน DCA : ไดคลอโรอีเทน
MC : เมทิลนี คลอไรด์ (ไดคลอโรมีเทน) EDB : ไดโบรโมอีเทน
DCE : ไดคลอโรเอทิลีน HCE : เฮกซะคลอโรอีเทน
TCE : ไตรคลอโรเอทิลนี VC : ไวนิลคลอไรด์
CA : คลอโรอีเทน

ที่มา : Vogal et al, 1987

105

จากตารางที่ 3.9 สารที่อยู่ด้านขวามือในตารางมีค่าศักย์รีดักชันมาตรฐานที่สูงกว่า ดังน้ัน
จะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่ดี (Stronger electron acceptor) กว่าสารที่อยู่ด้านซ้ายมือ จากหลักการนี้
จะเห็นได้ว่าเฮกซะคลอโรอีเทน (Hexachloroethane ; HCE) เป็นตัวรับอิเล็กตรอนที่ดีกว่าออกซิเจน
ดงั นั้น ในทางทฤษฎีน้ันปฏิกิริยารีดักชัน (ดีฮาโลจีเนชัน) ของเฮกซะคลอโรอีเทนได้สารผลิตภณั ฑ์เป็น
เท ท ระค ล อ โรอี ที น ห รื อ เรีย ก อี ก ชื่อ ว่าเท ท ระค ล อ โร เอ ทิ ลี น น้ั น (Tetrachloroethene ห รือ
Tetrachloethylene หรือ Perchloroethylene ; PCE) จะสามารถเกิดข้ึนได้ทั้งในสภาวะที่มีและไม่มี
ออกซิเจน (แต่อัตราการย่อยสลายที่แตกต่างกัน) ในทางกลบั กันปฏิกิริยารีดักชันของเททระคลอโร-
เอทิลีนเป็นไตรคลอโรอีทีนหรือ เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า ไตรคลอโรเอทิลีน (TCE) ไดคลอโรเอทิลีน (DCE)
และไวนิลคลอไรด์ (VC) ตามลำดับ ทางทฤษฎีแล้วมักจะไม่เกิดในสภาวะที่ใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับ
อิเล็กตรอน วิถีการย่อยสลายเฮกซะคลอโรอีทีนด้วยปฏิกิริยารีดักทิฟดีฮาโลจีเนชัน (Reductive
dehalogenation) แสดงได้ดังภาพที่ 3.10 อย่างไรก็ตาม Ryoo et al. (2000) ได้รายงานการย่อยสลาย
สารเททระคลอโรเอทิลีนแบบที่ใช้ออกซิเจน (Aerobic degradation) โดยการเร่งปฏิกิริยาด้วยเอนไซม์
โทลูอีน-ออโธ-ไซลีนมอนอออกซีจีเนส (Toluene-o-xylene monooxygenase) ใน Pseudomonas
stutzeri OX1

ภาพที่ 3.10 : วิถีการย่อยสลายเฮกซะคลอโรอีทีนด้วยปฏิกิริยารีดักทิฟดีฮาโลจีเนชัน (Reductive
dehalogenation)

106

สำหรับการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของการเปลี่ยนรูปหรือการย่อยสลายสารประกอบ
ฮาโลจีเนตอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน โดยจุลินทรีย์ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนโดยการใช้ตัวรับ
อิเลก็ ตรอนอื่นนอกจากออกซิเจนแสดงได้ดงั ตารางที่ 3.10

ตารางที่ 3.10 : การเปลีย่ นรปู หรือการยอ่ ยสลายสารประกอบฮาจโี ลเนตอะลิฟาตกิ ไฮโดรคาร์บอนโดย

จุลนิ ทรีย์ภายใตส้ ภาวะไร้ออกซิเจน

สารประกอบ ร้อยละที่ยอ่ ยสลายได้ สารประกอบ ร้อยละทีย่ ่อยสลายได้

ตวั รับอิเล็กตรอน-ไนเตรต ตัวรบั อิเล็กตรอน-ซลั เฟต
คลอโรฟอร์ม
คลอโรฟอรม์ 0 เททระคลอโรเอทิลีน 0
1,2-ไดโบรโมอีเทน 13
เททระคลอโรเอทิลีน 0 1,1,1-ไตรคลอโรอีเทน 63
โบรโมไดคลอโรอีเทน 72
ไดโบรโมคลอโรโพรเพน 14 ไดโบรโมคลอโรโพรเพน 96
คารบ์ อนเททระคลอไรด์ 98
1,2-ไดโบรโมอีเทน 23 โบรโมฟอร์ม >99
เฮกซะคลอโรอีเทน >99
1,1,1-ไตรคลอโรอีเทน 30 >99
คลอโรฟอร์ม
เฮกซะคลอโรอีเทน 80 คารบ์ อนเททระคลอไรด์ 95
โบรโมไดคลอโรอีเทน >99
โบรโมไดคลอโรอีเทน 90 เอทิลีนไดโบรไมด์ 89
>99
โบรโมฟอรม์ >99

คาร์บอนเททระคลอไรด์ >99

ตัวรบั อิเลก็ ตรอน-คารบ์ อนไดออกไซด์

เททระคลอโรเอทิลีน 86

1,1,1-ไตรคลอโรอีเทน >99

ไดโบรโมคลอโรโพรเพน >99

โบรโมฟอรม์ >99

เฮกซะคลอโรอีเทน >99

ที่มา : Bouwer et al, 1981, 1988

3.4.2 การยอ่ ยสลายสารอะโลฟาติกไฮโดรคาร์บอนส่วู ิถีการสรา้ งพลงั งาน
อะโรเมติกไฮโดรคาร์บอน คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนทีม่ ีอะตอมของคาร์บอนต่อกันเป็น
วงแหวน และเมื่อเขียนสูตรโครงสร้างแบบเส้นพันธะระหว่างอะตอมภายในวงแหวนจะเป็นพันธะเดี่ยว
สลบั พนั ธะคู่ สารประกอบตวั แรก คอื เบนซีน (C6H6)

107

อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนซึ่งมักมีวงแหวนเบนซีนอยู่ในโมเลกุลเป็นสารประกอบที่มีข้ัว
มากกว่าอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน อย่างไรก็ตามสารประกอบอะโรมาติกก็ยังถือว่ามีขั้วน้อยเช่นกัน
จึงมักไม่ละลายในน้ำ และละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่มีขั้ว สารประกอบเหล่านี้มีจุดเดือด
และจดุ หลอมเหลวสงู กว่าสารประกอบอะลิฟาติกทีม่ ีจำนวนคารบ์ อนเท่ากัน

หลักการของการย่อยสลายสารมลพิษจำพวกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยจุลินทรีย์ คือ
การทำให้โครงสร้างของสารที่มีความซับซ้อนนั้นมีความซับซ้อนและขนาดโมเลกุล (น้ำหนักโมเลกุล)
น้อยลงเพ่ือให้จุลินทรีย์สามารถนำไปใช้ได้ ความซับซ้อนของโครงสร้างของสารอะโรมาติก
ไฮโดรคารบ์ อนน้ันได้แก่ องค์ประกอบของโครงสร้างแบบวงทีป่ ระกอบด้วยหนึง่ วงหรือมากกว่า รวมทั้ง
องค์ประกอบของหมู่โซ่ข้างต่าง ๆ การที่สารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนมีจำนวนชนิด และตำแหน่งของ
หม่โู ซ่ขา้ งบนโครงสร้างแบบวงที่แตกต่างกันทำให้สารอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อนเหลา่ นมี้ ีลกั ษณะสมบัติ
ที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายสารเหล่านี้โดยจุลินทรีย์มีความแตกต่างกันด้วย
ตัวอย่างเช่น การย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่โซ่ข้างจำพวกฮาโลเจน พบว่า
สารอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อนที่มีหมู่โซ่ขา้ งจำพวกโบรไมด์ และไอโอไดด์จะถูกย่อยสลายโดยจลุ ินทรีย์
ได้งา่ ยกว่าสารอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อนทีม่ ีหมโู่ ซ่ขา้ งจำพวกคลอไรด์ซึ่งมคี วามเปน็ พษิ สงู ต่อสิ่งมีชีวิต
และจลุ ินทรีย์โดยทว่ั ไป และสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนทีม่ ีหมู่โซ่ขา้ งจำพวกฟลอู อไรด์ เปน็ ต้น

ปฏิกิริยาที่สำคัญที่เกิดข้ึนในจุลินทรียท์ ่ีทำให้โครงสร้างของสารมีความซับซ้อนและมีน้ำหนัก
โมเลกุลน้อยลงน้ัน ได้แก่ การเกิดปฏิกิริยาการเติมหมู่ออกซิเจนในโครงสร้างโมเลกุล (Oxygenation)
(สำหรับการย่อยสลายที่ใช้ออกซิเจน) ตามด้วยปฏิกิริยาการแตกวง (Ring cleavage) ของสาร
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนสายตรง ปฏิกิริยาการตัดหมู่โซ่ข้างออก และปฏิกิริยาการย่อยสลายสาร
ไฮโดรคารบ์ อนสายตรงน้ันให้มีขนาดเลก็ ลง

สำหรับการย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนเริ่มจากการ
เกิดปฏิกิริยาออกซิจิเนชัน (Oxygenation) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการเติมโมเลกุลของออกซิเจน (Molecular
oxygen) ในโครงสร้างแบบวงของสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ปฏิกิริยาการเติมออกซิเจนหนึ่ง
โมเลกลุ ถูกเรง่ โดยเอนไซมม์ อนอออกซิจีเนส (Monooxygenase) สว่ นการเติมออกซิเจนหนึง่ โมเลกุลถูก
เร่งโดยเอนไซม์ไดออกซิจีเนส (Dioxygenase) สารตัวกลางที่สำคัญที่เกิดจากการย่อยสลายสาร
อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ได้แก่ เคติคอล (Catechol) และโพรโทเคตชเู อต (Protocatechuate) ซึง่ สารทั้ง
สองนี้จัดเป็นสารตั้งต้นของปฏิกิริยาการแตกวงของสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ภาพที่ 3.11 (ก)
แสดงตัวอย่างของสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่ถูกย่อยสลายโดยการเกิดปฏิกิริยาเป็นลำดับจนได้
โพรโทเคตชูเอตเป็นสารตัวกลางของวิถีการยอ่ ยสลายจากน้ันโพรโทชูเอตจะเกิดปฏิกิริยาการแตกวง
ซึ่งเร่งป ฏิกิ ริย าโดยโพ รโท เค ตชูเอ ตได ออ กซิ จีเน ส (Protocatechuate dioxygenase) จาก นั้ น
ไฮโดรคาร์บอนสายตรงจะเกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายเป็นลำดับจนได้สารออกซาโลอะซิเดต
(Oxaloacetate) และไพรูเวต (Pyruvate) ก่อนเข้าสู่วัฏจักรเครบส์ในที่สุด ส่วน ภาพที่ 3.11 (ข)

108

แสดงตัวอย่างของสารอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อนที่ถูกย่อยสลายโดยการเกิดปฏิกิริยาเป็นลำดบั จนได้
เคติคอลเป็น สารตัวกลางของวิถีการย่อยสลายจากนั้นเคติคอลจะเกิดปฏิกิ ริยาการแตก วงซึ่งเร่ง
ปฏิกิริยาโดยเคติคอลไดออกซิจีเนสซึ่งแบ่งออกได้เป็น 2 ชนิดได้แก่ เคติคอล-1,2 ไดออกซิจีเนสและ
เคติคอล-2,3 ไดออกซิจีเนส ซึง่ เร่งปฏิกิริยาการแตกวงแบบออรโ์ ธ (ortho-cleavge) (ภาพท่ี 3.12) และ
ปฏิกิริยาการแตกวงแบบเมตา (mata-cleavge) (ภาพที่ 3.13) ตามลำดับ จากน้ันไฮโดรคาร์บอน
สายตรงจะเกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายเป็นลำดับจนได้เป็นสายผลิตภัณ ฑ์ ที่เหมาะสมต่อการเข้าสู่
วฏั จักรเครบส์ของจุลินทรียใ์ นทีส่ ดุ

ภาพที่ 3.11 : การย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและสารตัวก ลางของวิถี คือ
(ก) โพรโทเคตชูเอต (Protocatechuate) หรือ (ข) เคติคอล (Catechol)

ทีม่ า : ดดั แปลงจาก Vogel et al., 1987

109

ภาพที่ 3.12 : วถิ ีเมแทบอลิซึมของการแตกวงแบบออรโ์ ธ (ortho-cleavge) ของสารเคติคอล
ทีม่ า : ดดั แปลงจาก Walsh et al., 2006

ภาพที่ 3.13 : วถิ ีเมแทบอลิซึมของการแตกวงแบบเมตา (meta-cleavge) ของสารเคติคอล
ที่มา : ดัดแปลงจาก Walsh et al., 2006

110

ในวิถีการย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนโดยจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนน้ัน
สารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนจะถูกเปลี่ยนรูปโดยใช้ตัวรับอิเล็กตรอนสุดท้ายอื่น ๆ แทนการใช้
ออกซิเจน ได้แก่ สารอินทรีย์อื่น ๆ ไนเตรตซัลเฟต คาร์บอนไดออกไซด์ ในสภาวะดีไนตริฟิเคชัน หรือ
สภาวะซลั เฟต-รีดกั ชนั หรือสภาวะเมทาโนจินิก ภายใต้สภาวะเหล่านสี้ ารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่
ไม่ มี อ อ ก ซิ เจ น เป็ น อ งค์ ป ระก อ บ ใน โค รงส ร้าง (Non-oxygenated aromatic compound) เช่ น
เบนซีนโทลูอีน จะถูกเปลี่ยนรูปได้ด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน หรือปฏิกิริยารีดักชัน ก ล่าวคือ
สารอะโรมาติกไฮโดรคารบ์ อนที่ไม่มีออกซิเจนเปน็ องค์ประกอบอาจถกู ออกซิไดส์เพ่อื เติมออกซิเจนเข้า
ส่โู ครงสร้างหลักหรือเข้าสู่หมูโ่ ซ่ข้าง (เช่น การเติมออกซิเจนเขา้ สหู่ มู่เมทิลซึ่งเป็นหมโู่ ซ่ขา้ ง) โดยอาศัย
ปฏิกิริยาทางเคมีอื่น ๆ ที่ไม่ใช้ปฏิกิริยาทางเคมีอื่น ๆ ที่ไม่ใช้ปฏิกิริยาทางชีวภาพ (Abiotic reaction)
หลังจากการเติมออกซิเจนเข้าสู่โครงสร้างของสารแล้ว การย่อยสลายสารดังกล่าวจะเป็นไปตาม
วถิ ีการยอ่ ยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนทีม่ ีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบ (Oxygenated aromatic
compound) ซึ่งจะกล่าวถึงต่อไป นอกจากน้ันสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่ไม่มีออกซิเจนเป็น
องค์ประกอบเหล่านี้อาจถูกรีดิวส์ ซึ่งสารผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีความเสถียรมากข้ึนกว่าสารตั้งต้น และ
จะถกู ย่อยสลายได้ยากข้นึ ด้วยจุลินทรีย์ (Less susceptible to microbial attack)

สำหรับวิถีการย่อยสลายสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีออกซิเจนเป็นองค์ประกอบใน
โครงสร้าง (Oxygenated aromatic compound) โดยจุลินทรีย์แบบที่ไม่ใช้ออกซิเจนน้ันได้มีรายงานมา
ตั้งแต่ในปี ค.ศ. 1934 โดยเป็นรายงานของวถิ ีการย่อยสายสารเบนโซเอตฟนี ิลอะซิเดคฟนี ิลโพรพโิ อเนต
และซินนาเมต Williams and Evans (1975) ได้รายงานวิถีการย่อยสลายเบนโซเอตในแบคทีเรีย
Moraxella โด ย ป ฏิ กิ ริย ารีดั ก ชัน ซึ่ งจ ะเป ลี่ ย น รูป โค รงส ร้างวงอ ะโรม าติ ก ( Aromatic ring)
เป็นวงอะลิฟาติก (Aliphatic ring) ตามด้วยการแตกวงด้วยปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolytic cleavage)
และการย่อยสลายอย่างสมบูรณ์ (Mineralization) ภายใต้สภาวะที่ใช้ไนเตรตเป็นตัวรับอิเล็กตรอน
ซึ่งเรียกว่า Nitrate respiration อย่างไรก็ตามวิถีการย่อยสลายของสารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่มี
ออกซิเจนเป็นองค์ประกอบที่มีการศึกษากันอย่างกว้างขวางคือวิถีการย่อยสลายที่มีเบนโซอิล-โคเอ
(Benzoly-CoA) เปน็ สารตัวกลาง ในวิถีนี้เบนโซเอตจะถูกกระตุ้น (Activation) โดยใช้เอนไซม์เบนโซอิล-
โคเอ ไลเกส (Benzoyl-CoA ligase) ซึ่งจะให้สารผลิตภัณฑ์คือ เบนโซอิล-โคเอ ซึ่งจะถูกรีดิวส์เป็น
cyclohex-diene-1-carboxyl-CoA จากนั้นสารดังกล่าวนี้สามารถผ่านเข้าสู่วิถีเมตาแทบอลิซึมได้
สองทิศทาง ซึ่งประกอบด้วยปฏิกิริยาอีกหลายข้ันตอนจนสดุ ท้ายได้สาร 3-Hydroxypimelyl-CoA และ
อะเซทิล-โคเอ และสุดท้ายผ่านเขา้ สวู่ ัฏจักรเครบส์

3.5 ความชื้น
จากการย่อยสลายทางชีวภาพทีต่ ้องอาศยั จลุ ินทรีย์เป็นตวั ขับเคลือ่ นหลกั นั้น โดยความชื้นเป็น

ปจั จัยหนึ่งทีม่ ีความสำคัญต่อการย่อยสลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ในการบำบัดสารมลพิษที่ตกค้าง

111

ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม เนื่องจากความชนื้ หรืออีกนัยหนึ่ง คอื ปริมาณน้ำในสิง่ แวดล้อมน้ัน ๆ มีผลต่อ
การเจริญและวิถีเมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ มีผลต่อการกระจายตัวและอัตราการละลายของก๊าซ
รวมถึงออกซิเจนในน้ำ มีผลต่อชนิดและปริมาณ สารมลพิษที่จุลินทรีย์สามารถนำมาใช้ได้
(Bioavailability of contaminants) ท้ังนี้ข้ึนกับลักษณะสมบัติของสารมลพิษน้ัน ๆ ด้วย และ มีผลต่อ
ระดับความเป็นพษิ ของสารมลพษิ (Effective toxicity level of contaminants)

ปริมาณความชื้นที่มีรายงานว่ามีความเหมาะสมต่อกระบวนการย่อยสลายสารมลพิษ คือ
ในช่วง 50-70 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นค่าโดยประมาณในกรณีท่ัว ๆ ไป หากในสิ่งแวดล้อมมีปริมาณ
ความชืน้ ตำ่ จนเกินไปจะกำจัดการเคลื่อนทีข่ องจุลินทรียใ์ นดิน จำกดั อัตราการละลายน้ำของสารมลพษิ
ซึง่ ส่งผลให้จลุ ินทรีย์ไมส่ ามารถเขา้ ถึงและดดู ซึมสารเหล่านั้นมาใช้ได้ นอกจากน้ันแล้วปริมาณความชื้น
ในสิ่งแวดล้อมที่น้อยจนเกินไปยังส่งผลให้จลุ ินทรีย์จำพวกแบคทีเรียมีอัตราการเจริญตำ่ ดังนั้น ในการ
บำบัดสารมลพิษในสิ่งแวดล้อมที่มีปริมาณความชื้นต่ำจึงจำเป็นต้องมีการปรับและควบคุมปริมาณ
ความชื้นให้เหมาะสม คือ ให้อยู่ในระดับที่สูงกว่า 50 เปอร์เซ็นต์ สำหรับการย่อยสลายโดยการใช้
แบคทีเรีย หรืออีกวิธีหนึ่งคือการเลือกใช้สิ่งมีชีวิตอื่นที่สามารถเจริญได้ในสภาวะดังกล่าวในการย่อย
สลายสารมลพิษเหล่านั้น กล่าวคือ ราเป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถเจริญได้ในสิ่งแวดล้อมที่มีปริมาณ
ความชื้นที่อยู่ในช่วงต่ำกว่าแบคทีเรีย จากรายงานของ Lamar et al., (1990) โดยราสามารถเจริญได้
และมีความสามารถในการย่อยสลายสารมลพิษในดินที่มีปริมาณความชนื้ ต้ังแต่ 20 เปอร์เซ็นต์ข้นึ ไป
ในทางตรงกันข้ามหากในสิ่งแวดล้อมมีปริมาณความชื้นสูงจนเกินไปจะจำกัดการถ่ายเทอากาศและ
ออกซิเจนในบริเวณดังกล่าว ส่งผลทำให้อัตราการย่อยสลายสารมลพิษด้วยปฏิกิริยาที่ใช้ออกซิเจน
ต่ำลงด้วย ในกรณีเช่นนี้หากในสิ่งแวดล้อมดังกล่าวมีจุลินทรีย์อื่น ๆ ที่มีความสามารถ และมีตัวรับ
อิเล็กตรอนอื่นทีม่ ีความเหมาะสมนอกเหนือจากออกซิเจนจะทำให้เกิดการเปลีย่ นแปลงประเภทของวิถี
การย่อยสลายจากวถิ ีการย่อยสลายแบบออกซิเจนเป็นวิถีที่ไม่ใช้ออกซิเจนโดยเกิดการเปลี่ยนแปลง
ลักษณะของกลุม่ ของจลุ ินทรีย์ที่ยอ่ ยสลายสารมลพษิ ดังกล่าว (Bacterial community shift)

อย่างไรก็ตาม สำหรบั การย่อยสลายสารมลพิษเป้าหมายท่ีมีลักษณะสมบัติที่แตกต่างกนั โดย
จุลินทรีย์ที่แตกต่างชนิดกัน ปริมาณความชื้นที่เหมาะสมก็จะมีค่าแตกต่างไปด้วย ตัวอย่างเช่ น
มีรายงานของปริมาณความชนื้ ทีเ่ หมาะสมต่อการย่อยสลายน้ำมนั คอื ชว่ ง 30-90 เปอรเ์ ซน็ ต์ เป็นต้น

3.6 ความเปน็ กรดเปน็ ดา่ ง
แบคทีรียต่างชนิดกันจะอยู่ในสภาพแวดล้อมที่อาจเหมือนหรือแตกตา่ งกัน แต่พบว่าแบคทีเรีย

ส่วนใหญ่ มีค่าความเป็นกรดเป็นด่างที่เหมาะสมในการเจริญตอบโตประมาณ 6.5-7.5 และราส่วน
ใหญเ่ จริญได้ดีในสภาวะที่เปน็ กรดชว่ งพเี อชที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย สามารถแบง่ กลุ่ม
จุลินทรียต์ ามคา่ พเี อชได้ 2 กลมุ่ (ณฐั พร, 2555)

112

3.6.1 กลุ่มจุลินทรีย์พวกอัลคาไลฟิลิค (Alkaliphilic microorganism) เป็นจุลินทรีย์ที่
เจริญได้ในอาหารทีเ่ ปน็ เบส ซึ่งปกติมีพีเอชประมาณ 8-9 จุลินทรียใ์ นกลมุ่ นี้ ได้แก่ Vibrio cholerae

3.6.2 กลุ่มจลุ นิ ทรีย์พวกแอซีโดฟิลิค (Acidophilic microorganism) เป็นจุลินทรียท์ ี่เจริญ
ได้ดีในอาหารที่มีค่าพเี อชเป็นกรด ซึ่งปกติมีพีเอชต่ำกว่า 7 จุลินทรีย์ในกลุ่มนี้ได้แก่ Lactobacillus sp.,
Streptococcus sp. และ Propionibacterium sp. เปน็ ต้น

จุลินทรีย์จะเจริญในอาหารเลี้ยงเชื้อซึ่งมีพีเอชเหมาะกับเชื้อ เมื่อแบคทีเรียใช้อาหารในการ
เจริญจะปล่อยของเสียออกมา ทำให้ค่าพีเอชของอาหารเปลี่ยนไปจากเดิม จนไม่เหมาะสมที่เชื้อจะ
เจริญได้ ดังนั้น เวลาเตรียมอาหารเลี้ยงเชื้อจึงต้องใส่สารที่เรียกว่า บัฟเฟอร์ เพ่ือช่วยให้พีเอช
เปลี่ยนแปลงอย่างช้า ๆ เพราะบัฟเฟอร์จะไปรวมตัวกับกรดหรือเบส เพ่ือป้องกันไม่ให้ปล่อย
ไฮโดรเจนอิออน (H+) และไฮดรอกไซค์อิออน (OH-) ออกมา สารที่ใช้เป็นบัฟเฟอร์มีหลายชนิดได้แก่
ฟอสเฟต และคารบ์ อเนต (ณฐั พร, 2555)

Vidali (2001) รายงานถึงค่าความเปน็ กรด-ดา่ งทีเ่ หมาะสมต่อการเจริญของจุลินทรีย์โดยทว่ั ไป
ในดินว่าอยู่ในช่วง 5.5-8.8 แต่ละช่วงเหมาะสมต่อการเกิดการย่อยสลายทางชีวภาพ คือ ในช่วง
6.5-8.0 ดงั น้ัน ความเป็นกรดเปน็ ด่างของสิ่งแวดลอ้ มจึงมีผลตอ่ ระบบการดูดซึมสารอาหาร การเจริญ
และทำงานของจลุ ินทรียใ์ นการย่อยสลายสารมลพษิ ในสิ่งแวดล้อม

การควบคุมความเป็นกรด-ด่างของสิ่งแวดล้อมนั้นนอกเหนือจากจะเป็นการควบคุมให้อยู่
ในช่วงที่จุลินทรีย์มีการเจริญที่ดีแล้วนั้น ยงั ต้องคำนึงถึงสมบัติการแตกตัวของสารมลพษิ ในสภาวะทีม่ ี
คา่ ความเป็นกรด-ด่างที่แตกตา่ งกัน กล่าวคือ สำหรบั สารมลพิษบางชนิด เมื่อแตกตัวในชา่ งความเป็น
กรด-ด่างหนึ่ง ๆ แล้ว จะมีลักษณะสมบัติของสารที่แตกต่างไปซึ่งอาจส่งผลต่อการย่อยสลายทาง
ชีวภาพของจุลินทรีย์ เช่น มีความเป็นพษิ มากข้นึ หรือมีประจใุ นโครงสร้างและสามารถเกิดอันตรกิริยา
(Interaction) กับอนุภาคของดิน ทำให้จุลินทรีย์ไม่สามารถดูดซึมและย่อยสลายได้ เป็นต้น นอกจากนี้
แล้วในปฏิกิริยาการย่อยสลายสารประกอบฮาโลเจน เช่น สารประกอบคลอริเนตไฮโดรคาร์บอน
สารผลิตภัณฑช์ นิดหนึง่ ทไี่ ด้ คอื กรดไฮโดรคลอริก ซึง่ มผี ลทำให้ค่าความเปน็ กรด-ด่างของสิ่งแวดล้อม
เปลี่ยนแปลงไปและมีผลตอ่ การเจริญ การทำงานของจุลินทรีย์ซึง่ การปรบั ความเป็นกรดในดินดังกลา่ ว
ทำได้โดยการเติมปูนขาว ดังน้ัน ในทางปฏิบัติแล้วในการบำบัดสารมลพิษในสิ่งแวดล้อมด้วยวิธีทาง
ชีวภาพน้ัน จะต้องมีการตรวจสอบและควบคมุ ความเป็นกรดดา่ งอยา่ งสม่ำเสมอ

3.7 อุณหภมู ิ
จลุ ินทรีย์แต่ละชนิดต้องการอณุ หภูมิในการเจริญเติบโตแตกต่างกนั อุณหภูมิท่ีมีจุลินทรียใ์ ช้ใน

การเจริญมีช่วงต่าง ๆ กัน คือ ช่วงอุณหภูมิต่ำสุด (Minimum temperature) เป็นช่วงที่จุลินทรีย์แบ่ง
เซลล์ได้น้อยมาก ช่วงอุณหภูมิสูงสุด (Maximum temperature) เป็นอุณหภูมิที่มีจุลินทรีย์มีการแบ่ง
เซลลโ์ ดยใช้เวลาสั่นทีส่ ุด และทวจี ำนวนอย่างรวดเร็วทส่ี ุด (ณัฐพร, 2555)

113

อุณหภมู ิเหมาะสมสำหรับการเจริญของแบคทเี รียแต่ละชนิดจะแตกต่างกนั ออกไป จึงสามารถ
จำแนกแบคทเี รียตามอณุ หภูมิเหมาะสมในการเจริญได้ 3 กลุม่ (ณฐั พร, 2555) คอื

3.7.1 กลมุ่ ทีช่ อบเจริญทีอ่ ุณหภมู ิต่ำ (Psychrophile)
กลุ่มไซโครส (Psychros) แปรว่า เย็น หมายถึง กลุ่มจุลินทรีย์ที่ชอบเจริญ ที่อุณ หภูมิ
0 องศาเซลเซียส อุณหภูมิที่เหมาะสมในการเจริญคือ 15 องศาเซลเซียส อุณหภูมิสงู สดุ ทีม่ ีชีวิตอยู่ได้
ประมาณ 30 องศาเซลเซียส แบคทเี รียในกลมุ่ นพี้ บในตู้เยน็ และในห้องเย็น แบคทเี รียในกลุ่มนไี้ ด้แก่
Pseudomonas sp., Acromobacter sp., Flavobacterium sp. และMicrococcus sp. เป็นต้น
3.7.2 กลุ่มทีช่ อบเจริญที่อณุ หภมู ิปานกลาง (Mesophile)
คำว่า มีโซ (Meso) แปลว่า ปานกลาง หมายถึง จุลินทรีย์ในกลุ่มนี้เป็นกลุ่มที่ชอบเจริญที่
อุณหภูมิปานกลางหรือชอบเจริญที่อุณหภูมิห้องคอื ประมาณ 25-40 องศาเซลเซียส แบคทีเรียท่ีทำให้
เกิดโรคกบั มนษุ ย์ ชอบเจริญทีอ่ ณุ หภูมิปานกลาง ได้แก่ Neisseria gonorrhoeae, Treponema pallidum,
Salmonella typhossa และShigella dysenteriae เป็นต้น หรือพวกที่พบในร่างกายมนุษย์ ได้แก่ E. coli,
Enterobacter aerogeneous และStaphylococcus aureus เป็นต้น
3.7.3 กลุ่มที่ชอบเจริญทีอ่ ณุ หภมู ิสงู (Thermophile)
คำว่าเทอร์โม (Thermo) แปลว่า ความร้อน นั้นคือ แบคทีเรียในกลุ่มนี้เป็นพวกที่ชอบเจริญที่
อณุ หภูมิสูง อุณหภูมิที่เหมาะสมตอ่ การเจริญอยู่ระหวา่ ง 50-55 องศาเซลเซียส อุณหภูมิท่ีสูงสุดที่ได้
เจริญได้คือ 60-85 องศาเซลเซียส จุลินทรียใ์ นกลุ่มนี้อาจพบตามกองปุ๋ยหมักน้ำพุร้อน และบริเวณ
ปล่องภูเขาไฟ เป็นต้น ยกตัวอย่างจุลินทรีย์ที่พบอุณหภูมิสูง ได้แก่ Bacillus coagulans, Bacillus
stearothermophilus และ Clostridium sp. เปน็ ต้น
ส่วนแบคทเี รียทีช่ อบเจริญอณุ หภมู ิสงู อีกกลมุ่ หนึ่ง ซึง่ พบเฉพาะในบริเวณที่มีอณุ หภูมิสูงมาก ๆ
เรียกว่า เอกซ์สตรีมเทอร์โมไฟล์ (Extreme thermophile) อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับการเจริญของ
แบคทรี ียกลมุ่ นีอ้ ยรู่ ะหว่าง 80-85 องศาเซลเซียส
อุณหภูมิเป็นปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการย่อยสลายสารมลพิษ (Biodegradation rate) ซึ่งเป็นไป
ตามกฎ Arrhenius ซึ่งกล่าวถึงการผันตรงระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยา (Reaction rate) และการ
เพ่มิ ข้นึ ของอณุ หภูมิ
สำหรับปฏิกิริยาทางเคมีน้ัน การคำนวณการเพ่ิมข้ึนของอัตราการเกิดปฏิกิริยาตอ่ การเพม่ิ ข้ึน
ของอุณหภูมิสามารถทำได้อย่างถูกต้องมากกว่า กฎแบบง่ายของการคำนวณดังกล่าว ได้แก่
เมื่ออุณหภูมิเพ่ิมข้ึน 10 เคลวิน อัตราการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีเพ่ิมข้ึนสองเท่า สำหรับปฏิกิริยาทาง
ชีวภาพน้ัน การเพ่ิมข้นึ ของอุณหภมู ิจนถึงระดบั หนึง่ ส่งผลให้อัตราการเกิดปฏกิ ิริยาในจลุ ินทรียเ์ พม่ิ ด้วย
นอกจากนั้นแล้วการเพ่ิมอุณ หภูมิข้ึนยังทำให้สารมลพิษที่ส่วนใหญ่มี สมบัติการะลายน้ำต่ำและเป็น
สารไฮโดรโฟบิก มีการละลายน้ำออกมามากข้นึ ซึ่งทำให้จุลินทรีย์สามารถดดู ซึมเพ่อื ย่อยสลายได้มาก
ข้ึนด้วย (Increase of bioavailability) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอุณหภูมิมีผลต่อโครงสร้าง และการ

114

ทำงานของเอนไซม์ในวถิ ีเมแทบอลิซึมต่าง ๆ ของจลุ ินทรีย์ ดงั น้ัน การเพม่ิ ข้นึ ของอุณหภมู ิท่สี งู เกินไปจึง
มีผลเสียต่อความเสถียรของโครงสร้างและการทำงานของเอนไซม์ ดังน้ัน รูปแบบความสัมพันธ์ของ
อุณหภมู ิและอตั ราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวภาพจะมีลักษณะเปน็ รูปแบบระฆงั คว่ำ (Bell-shaped curve)
กลา่ วคือ ที่อุณหภมู ิตำ่ (ต่ำกวา่ 10 องศาเซลเซียส) อตั ราการทำงานของวถิ ีเมแทบอลิซึมในจุลินทรียจ์ ะ
เป็นไปอย่างช้า ๆ ส่งผลให้การย่อยสลายสารมลพิษเกิดข้ึนได้อย่างช้ามาก การเพ่ิมข้ึนของอุณหภูมิ
สง่ ผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพ่มิ ข้นึ จนถึงจดุ หรือชว่ งสูงสุดซึ่งเป็นช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมทีส่ ุดของ
การเกิดปฏิกิริยา (Optimum temperature) ซึ่งอัตราการเกิดการย่อยสลายสารมลพิษจะเกิดได้อย่าง
สูงสุด และเมื่อเพ่ิมอุณหภูมิสูงข้ึนต่อไปจะมีผลต่อระบบเอนไซม์ของจุลินทรีย์จึงทำให้อัตราการ
เกิดปฏกิ ิริยาลดลง

3.8 สารอาหาร
สารอาหารเป็นสิ่งจำเป็นต่อการเจริญและการดำรงชีวิตของจุลินทรีย์ จุลินทรีย์ดูดซึม

สารอาหารจากสิ่งแวดล้อมตามธรรมชาติในการแบ่งเซลล์เพ่ือเพ่ิมจำนวน ดงั น้ัน สารอาหารที่จำเป็น
ดังกล่าว ได้แก่ สารที่เป็นองค์ประกอบหลักของเซลล์ซึ่งได้แก่ คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส
(ตารางที่ 3.11) สำหรบั องค์ประกอบอืน่ จำพวกสารอนินทรียน์ ั้น ถึงแม้เป็นองค์ประกอบย่อยในเซลล์แต่
เปน็ สารที่จำเปน็ ตอ่ การทำงานของเอนไซม์ในวถิ ีเมแทบอลิซึมตา่ ง ๆ

สำหรับสิ่งแวดล้อมที่ปนเป้ือนด้วยสารมลพิษนั้น จลุ ินทรีย์อาจสามารถดูดซึมนำสารเหล่าน้ัน
มาใช้เป็นสารอาหารได้ ท้ังนี้ข้นึ กบั ชนิด องคป์ ระกอบในโครงสร้างของสารมลพษิ และระดับความเป็น
พิษของสารนั้น โดยส่วนใหญ่สารมลพิษที่ปนเป้ือนในสิ่งแวดล้อม ได้แก่ สารประกอบอินทรีย์ต่าง ๆ
ที่มนุษย์ดัดแปลงจากสารอินทรีย์ธรรมชาติหรือสังเคราะห์ข้ึนเพ่ือใช้ประโยชน์เป็นยา หรือในการ
เกษตรกรรมและอุตสาหกรรม ดังนั้น สารมลพิษที่เป็นสารอินทรีย์เหล่านี้มีองค์ประกอบหลัก คือ
คารบ์ อน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และอาจมีหมู่โซ่ขา้ งจำพวกทีป่ ระกอบด้วยไนโตรเจน ซัลเฟอร์ รวมทั้ง
ฮาโลเจน ดังน้ัน ตามหลักเบ้ืองต้นแล้วจุลินทรีย์ควรจะสามารถนำสารมลพิษเหล่านี้มาใช้เป็น
สารอาหารได้ อย่างไรก็ตามการสังเคราะห์ทางเคมีและการดัดแปลงโครงสร้างทางเคมีทำให้
สารประกอบเหล่านี้มีโครงสร้างที่ซับซ้อนต้านทานการย่อยสลายตามธรรมชาติ (Recalcitrant)
นอกจากน้ันแล้ว พบว่าสารประกอบที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนเหล่านี้ยังมีความเป็นพิษต่อจุลินทรีย์อีก
ด้วย ดังน้ัน ในการประยุกต์นำกระบวนการทางชีวภาพมาใช้เพ่ือย่อยสลายและบำบัดสารมลพิษที่
ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมนั้น จึงมีความจำเป็นต้องศึกษาและทำความเข้าใจปัจจัยต่าง ๆ ที่มีความ
เกี่ยวข้อง เช่น โครงสร้างลักษณะสมบัติของสารมลพิษเป้าหมาย ชนิดของจุลินทรีย์ ระบบเอนไซม์ที่
เกี่ยวข้องและวถิ ีการยอ่ ยสลายสารมลพษิ เป้าหมายของจุลินทรียด์ งั กล่าว เปน็ ต้น

115

ตารางที่ 3.11 : องค์ประกอบของเซลล์ของจลุ ินทรีย์

ธาตุทีเ่ ป็นองคป์ ระกอบ ร้อยละโดยนำ้ หนกั ธาตทุ ี่เปน็ องค์ประกอบ รอ้ ยละโดยน้ำหนัก
ของเซลล์ ของเซลล์แห้ง ของเซลล์ ของเซลล์แหง้
คารบ์ อน 50 โซเดียม 1
ออกซิเจน 20 แคลเซียม 0.5
ไนโตรเจน 14 แมกนีเซียม 0.5
ไฮโดรเจน 8 คลอรีน 0.5
ฟอสฟอรัส 3 เหล็ก 0.2
ซัลเฟอร์ 1 อืน่ ๆ 0.3
โพแทสเซียม 1 - -

ที่มา: Stanier et al., 1986

3.8.1 โครงสร้างของสารมลพิษและความเหมาะสมต่อการเป็นสารอาหารของจลุ นิ ทรีย์
สำหรับการบำบัดสารมลพษิ ด้วยกระบวนการทางชีวภาพนั้น ความเหมาะสมของสารมลพษิ ที่
จุลินทรีย์สามารถย่อยสลายและดูดซึมนำมาใช้เป็นสารอาหารข้นึ กบั โครงสร้างและลกั ษณะสมบัติของ
สารมลพิษน้ันๆ กฎแบบง่ายของการพิจารณาสารมลพิษว่าจะสามารถถูกย่อยสลายได้โดยจุลินทรีย์
หรือไม่น้ัน ได้แก่ การพจิ ารณาจากโครงสร้างของสารมลพษิ กล่าวคือ
1. สารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอน (Aliphatic hydrocarbon) มีความซับซ้อนของโครงสร้าง
น้อยกว่า จึงถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ง่ายกว่าสารอะโรมาติกไฮโดรเจนคาร์บอน (Aromatic
hydrocarbon)
2. สารอะลิฟาติกไฮโดรคารบ์ อนสายตรง (Straight-chain aliphatic hydrocarbon) ถกู ย่อยสาย
โดยจุลินทรีย์ได้ง่ายกว่าสารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีหมู่โซ่ข้าง (Branched-chain aliphatic
hydrocarbon) สารที่มีจำนวนหมโู่ ซ่ขา้ งมากกว่าจะถูกยอ่ ยสลายได้ยากกวา่
3. สารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ง่ายกว่าสารอะโรมาติก
ไฮโดรคาร์บอนที่หมู่โซ่ข้าง (Substituted aromatic hydrocarbon) สารอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่มี
จำนวนหมโู่ ซ่ขา้ งมากจะถูกยอ่ ยสลายได้ยาก และโดยท่วั ไปมีความเปน็ พษิ ตอ่ จลุ ินทรียส์ งู
4. สารไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (Saturated hydrocarbon) ถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ง่ายกว่า
สารไฮโดรคารบ์ อนไม่อิ่มตัว (Unsaturated hydrocarbon) การมีพันธะคู่หรือพันธะสามในโครงสร้างของ
สารมลพษิ เพม่ิ ความยากในการยอ่ ยสลายโดยจุลินทรีย์ นอกจากนั้นแล้ว ในบางกรณีสารผลิตภัณฑ์ที่
เกิดขึน้ จากปฏิกิริยาการย่อยสลายยงั มคี วามเป็นพษิ ตอ่ จุลินทรีย์มากกว่าสารต้ังต้นอกี ด้วย

116

5. ขนาดโมเลกุลของสารอะลิฟาติกไฮโดรคารบ์ อนมีผลต่อความยากง่ายในการยอ่ ยสลายของ
จุลินทรีย์ กล่าวคือ สารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนสายยาว (Long chain aliphatic hydrocarbon) ที่มี
คาร์บอน 10-20 อะตอมจะถกู ย่อยสลายได้ดี สารอะลิฟาติกไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนคารบ์ อนต่ำกว่า
9 อะตอมมักจะมีความเป็นพิษสูงต่อจุลินทรีย์และยากต่อการถูกย่อยสลายทางชีวภาพ ดังนั้น
จะมีจุลินทรีย์บางชนิดเทา่ น้ันที่สามารถย่อยสลายสารเหล่านเี้ พ่ือใช้เป็นสารอาหารได้ เช่น จุลินทรีย์ที่
สามารถย่อยสลายมีเทน (Methanotrophs)

3.8.2 การเติมสารอาหารหรือสารกระตุ้นการย่อยสลายทางชีวภาพ
การเพม่ิ ประสิทธภิ าพการบำบดั สารมลพษิ ด้วยการย่อยสลายทางชีวภาพน้ันสามารถทำได้ด้วย

การเติมสารอาหารเพ่ือเพ่ิมการเจริญของจุลินทรีย์ นอกจากน้ัน ยังทำได้ด้วยการเติมสารกระตุ้น

(Activator หรือ Inducer) ให้จุลินทรีย์สร้างเอนไซมส์ ำหรับวถิ กี ารย่อยสลายสารมลพษิ เช่น การเติมสาร

เบนซาไมด์เพ่ือกระตุ้นให้จุลินทรีย์มีเอนไซม์ที่สามารถย่อยสลายสาร 2,6-ไดคลอโรเบนซาไมด์ได้

(ตารางที่ 3.12) หรือการเติมสารทีเ่ ป็นสารตั้งต้นของวถิ ีเมแทบอกลิซึมรว่ มซึ่งจะเพ่มิ ความสามารถของ

จุลินทรีย์ในการย่อยสลายสารมลพษิ เป้าหมายไม่สามารถถกู ยอ่ ยสลายโดยวถิ ีเมแทบอลิซึมท่ัวไป

ตารางที่ 3.12 : สารอาหารหรือสารกระตุ้นที่เติมเพ่อื เพ่มิ การย่อยสลายทางชีวภาพ

สารมลพิษทีต่ ้องการบำบดั สภาวะสง่ิ แวดลอ้ ม สารกระตนุ้ เพื่อเพิม่ อตั รา
การยอ่ ยสลายทางชีวภาพ
BHC (α-Hexachlorocyclohexane) ดินแขวนลอย
เมตา-ครีซอล (m-cresol) น้ำทะเลสาบ เปปโทน
ดีดีที กากตะกอน
ดีดีทีและเฮปตาคลอร์ กรดอะมิโน
ไดโคโฟล ดิน กลูโคส
ออรก์ าโนคลอรีน (Organochlorines) ดิน
ออรก์ าโนฟอสเฟต (Organophosphates) ดิน สารสกดั จากพชื
คารบ์ าเมท (Carbamates) ดิน สารลดแรงตึงผิว
2,6-ไดคลอโรเบนซาไมด์ ดิน แหล่งคารบ์ อน
มาลาไธออน ดิน แหลง่ คารบ์ อน
2-methy-4-chlorophenoxy Acetic acid ดิน แหลง่ คาร์บอน
โพลีคลอริเนตไบฟนี ิล ดิน เบนซาไมด์ (Benzamide)
ดิน เฮปตะเดคเคน (Heptadecane)

ฟาง
ไบฟนี ิล

117

3.8.3 การควบคมุ ปริมาณสารอาหารในสิ่งแวดล้อม
ในการบำบัดสารมลพิษที่ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมนั้น การตรวจสอบปริมาณและการควบคุม
สารอาหารต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อการควบคุมการเจริญและประสิทธิภาพการทำงานในการย่อยสลาย
มลพษิ ของจลุ ินทรีย์ อยา่ งไรกต็ ามในการลำบัดสารมลพษิ นน้ั เป้าหมายหลกั คอื การกระตุ้นให้จลุ ินทรีย์
ย่อยสลายสารมลพิษเพ่ือบำบัดให้สารมลพิษเหล่านั้นมีปริมาณลดลงหรือหมดไปจากสิ่งแวดล้อม
การย่อยสลายสารมลพิษในอุดมคติ ได้แก่ การย่อยสลายอย่างสมบูรณ์โดยจุลินทรีย์สามารถนำสาร
เหล่าน้ันมาใช้เป็นสารอาหารและย่อยสลายจนได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ ดังน้ัน
ในกระบวนการบำบัดสารมลพษิ เหล่านี้ สิ่งสำคัญ คอื การกระตุ้นหรือบังคบั ให้จลุ ินทรีย์ดดู ซึมนำสาร
เหล่าน้ันมาใช้ แม้ว่าสารเหล่าน้ันมีความเป็นพษิ ตอ่ เซลล์ วธิ ีการกระตุ้นหรือบังคับดังกล่าววิธีหนึง่ คือ
การควบคุมให้สารอาหารอย่างจำกัดในสิ่งแวดล้อมน้ัน ๆ เพ่ือให้จุลินทรีย์จำเป็นต้องสร้างเอนไซม์
กระตุ้นวถิ ีการย่อยสลายสารมลพิษดังกล่าวเพอ่ื นำสารมลพิษน้ันมาใช้เป็นสารอาหาร ในทางกลับกัน
หากมีการเติมสารอาหารอื่นให้จุลินทรีย์ด้วยปริมาณที่มากเกินพอจะทำให้จุลินทรีย์นำสารอาหาร
เหล่าน้ันมาใช้และหยุดการย่อยสลายสารมลพษิ ในทางปฏิบัติแล้ว การเติมสารอาหารมากเกินพอเช่นนี้
จะทำให้จุลินทรียเ์ พ่มิ จำนวนมากข้นึ แตม่ ีประสิทธภิ าพการยอ่ ยสลายหรือประสิทธภิ าพการบำบดั ลดลง
อตั ราส่วนของสารอาหารที่เหมาะสมต่อกระบวนการการบำบัดสารมลพิษด้วยวิธีทางชีวภาพ
ทางทฤษฎีได้แก่ อัตราส่วนของคาร์บอนตอ่ ไนโตรเจนเท่ากับ 10 ต่อ 1 และอัตราส่วนของคาร์บอนต่อ
ฟอสฟอรัสทา่ กับ 30 ต่อ 1 อยา่ งไรกต็ าม อัตราส่วนดังกล่าวเปน็ เพยี งอตั ราส่วนโดยเฉลี่ยทวั่ ไป ทั้งนี้
สำหรบั สารมลพษิ ต่างชนิดกนั คา่ อัตราส่วนเหล่านมี้ ีค่าแตกตา่ งกันไปข้นึ กบั ประเภทของสารมลพษิ ชนิด
ของจลุ ินทรีย์ และปัจจัยอืน่ ๆ ที่เกี่ยวข้องอีกด้วย ตัวอยา่ งเช่น การย่อยสลายน้ำมันที่ปนเป้ือนในดินน้ัน
พบวา่ อัตราส่วนของคารบ์ อนต่อไนโตรเจนต่อฟอสฟอรสั ทีม่ ีความเหมาะสมเท่ากบั 100 ต่อ 10 ต่อ 1

3.9 สภาวะไมเ่ ปน็ พิษและการกำจดั สารตวั กลาง
ภาวะไมเ่ ป็นพิษ (Absence of toxicity) และการกำจัดสารตัวกลาง (Removal of intermediates)

เปน็ ส่วนหนึง่ ขององคป์ ระกอบพ้นื ฐานสำคญั ของการบำบัดสารมลพษิ ทางชีวภาพและเปน็ สว่ นสำคัญใน
การกำหนดประสิทธภิ าพและความสำเรจ็ ของการบำบดั สารมลพษิ ภาวะเปน็ พษิ เกิดขนึ้ เนือ่ งจากความ
เขม้ ขน้ ของสารมลพษิ เป้าหมายท่ีสงู เกินไป หรือภาวะเปน็ พิษต่อจุลินทรียท์ ่ีเกิดจากสารมลพิษอื่นที่ปน
อยู่ในสิ่งแวดล้อมเดียวกัน หรือเกิดจากสารตัวกลางที่เกิดข้ึนจากปฏิกิริยาต่าง ๆ ในวถิ ีย่อยสลาย ซึ่ง
สารตัวกลางเหล่านีอ้ าจมีลักษณะสมบัติที่เปน็ พษิ ต่อจุลินทรีย์มากกว่าสารมลพิษตั้งต้น ดงั นั้น เพ่ือให้
กระบวนการบำบดั สารมลพษิ ทางชีวภาพเกิดขนึ้ อยา่ งมีประสิทธภิ าพ จึงจำเป็นต้องมีการควบคุมภาวะ
ไม่เป็นพิษ การกำจัดสารตัวกลางที่เป็นพิษต่าง ๆ เหล่านี้โดยการศึกษาวิจัยอย่างละเอียดถี่ถ้วนถึง
รายละเอียดของลกั ษณะสมบัติของสารมลพษิ หนึง่ ๆ และปฏิกิริยาการเปลีย่ นรปู ตา่ ง ๆ ทีอ่ าจเกิดขนึ้ ได้
กับสารดังกลา่ ว รวมทั้งรายละเอียดของวถิ ีเมแทบอลิซึมและวถิ ีการย่อยสลายในจุลินทรียช์ นิดต่าง ๆ

118

3.9.1 ภาวะเป็นพิษที่เกิดจากความเข้มข้นสูงของสารมลพิษเป้าหมายหรือจากสาร
มลพิษผสม

วัตถุประสงค์ของกระบวนการการบำบัดสารมลพษิ ทางชีวภาพ คอื การกำจัดความเป็นพษิ ของ
สารมลพิษต่าง ๆ ออกจากสิ่งแวดล้อม สารมลพิษเหล่านี้มีความเป็นพิษต่อมนษุ ย์และสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ
ในทำนองเดียวกันสารมลพิษเหล่านี้ที่มีความเข้มข้นสูงระดับหนึ่งก็มีความเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ ด้วย
เช่นกัน ดังนั้น ในการนำจุลินทรีย์มาใช้ในการบำบัดความเป็นพิษของสารมลพิษเหล่านี้ ปัจจัยสำคัญ
ปัจจัยหนึ่งได้แก่ การควบคุมระดับความเข้มข้นของสารมลพิษให้อยู่ในภาวะไม่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์
(Absence of toxicity) หรืออยใู่ นระดับที่จุลินทรีย์เหล่านสี้ ามารถทนทานต่อความเป็นพษิ ได้ การควบคุม
ระดับความเขม้ ของสารมลพิษในกระบวนการบำบัดสามารถทำได้หลายวิธีขึ้นกับเทคโนโลยกี ารบำบัด
ทางชีวภาพที่เลือกใช้ เชน่ การบำบัดสารมลพิษโดยวธิ ีการหมักทำปุ๋ย (Compost) นั้น ซึ่งเป็นการบำบัด
สารมลพษิ ทีป่ นเปือ้ นอยใู่ นดิน การควบคุมปริมาณและความเข้มขน้ ของสารพษิ ที่อยใู่ นดนิ ดงั กลา่ วทำได้
โดยการผสมวัสดุธรรมชาติอื่น ๆ เช่น เศษใบไม้ ฟาง หรือดินสะอาด ลงไปในดินปนเป้ือนสารนั้นเพ่ือ
เป็นการเจือจางความเข้มข้นของสารพษิ อีกท้ังเป็นการเพ่มิ สารอาหารอินทรีย์บางส่วนให้กับจลุ ินทรีย์
ในดินนั้นอีกด้วยสำหรับการควบคุมระดับความเข้มข้นของสารมลพิษในกระบวนการบำบัดอื่น ๆ มี
วธิ ีการที่แตกต่างกันไป

การค วบคุมระดับ ความเข้มของสารมลพิ ษในกระบวนก ารบ ำบั ดมีคว ามส ำคั ญ ต่อก ารล ด
ภาวการณ์เป็นพษิ ซึง่ มีผลต่อการเจริญของจุลินทรีย์และต่อประสิทธิภาพการย่อยสลายสาร กล่าวคือ
ความเขม้ ข้นของสารพิษที่สูงจนเกินไปมีผลยับยงั้ การเจริญ ซึ่งทำให้อัตราการเจริญจำเพาะ (Specific
growth rate) ของจุลินทรียล์ ดลง

น อ ก จ าก ภ า วะ ค วา ม เป็ น พิ ษ แ ล ะ ก าร ยั บ ยั้ งอั ต ร าก า รเจ ริญ ข อ ง จุ ลิ น ท รีย์ จ า ก ส าร ม ล พิ ษ
เป้าหมายท่มี ีระดับความเขม้ ขน้ สูงเกินไปแลว้ การทีม่ ีสารพษิ อืน่ ๆ ที่มีความเปน็ พษิ ตอ่ จลุ ินทรีย์หรือสาร
มลพิษอื่น ๆ ที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกับสารมลพิษเป้าหมาย (Substrate analog) ปรากฏอยู่ใน
สิง่ แวดล้อมเดียวกันก็สามารถส่งผลยับย้ังการเจริญของจลุ ินทรีย์ หรือยับยั้งปฏิกิริยาการย่อยสลาย
สารมลพิษเป้าหมายได้ ดังน้ัน การบำบัดสารมลพิษด้วยวิธีทางชีวภาพจะประสบความสำเร็จได้น้ัน
จึงจำเป็นต้องมีการตรวจลักษณะสมบัติของบริเวณปนเป้ือน (Site characteristic) ทั้งลักษณะทาง
กายภาย ทางชีวภาพ และทางเคมี ในกรณีนี้เพ่ือตรวจสอบว่ามีสารประกอบอื่น ๆ ที่อาจเป็นพิษต่อ
จลุ ินทรีย์หรือไม่

3.9.2 ภาวะเป็นพิษจากสารตวั กลางที่เกดิ จากปฏิกิริยาในวิถีการยอ่ ยสายสารมลพิษ
จากรายละเอียดของวถิ ีการย่อยสลายสารมลพิษตา่ งๆ ดังกล่าวมาแล้วในหัวข้อขา้ งต้นน้ันจะ
เห็นได้ว่าจุลินทรีย์ต่างชนิดกันใช้ปฏิกิริยาต่าง ๆ หลากหลายประเภทในการเปลี่ยนรูปสารมลพิษ
นอกจากนั้นแล้วจลุ ินทรีย์ชนิดเดียวกันอาจจะมีปฏิกิริยาการเปลีย่ นรูปสารมลพษิ หนึ่ง ๆ ได้หลากหลาย
วิธีด้วยปฏิกิริยา ท้ังนี้ข้ึนกับปัจจัยต่าง ๆ เช่น ชนิดของตัวเหนี่ยวนำ (Inducer) หรือชนิดของตัวรับ

119

อิเล็กตรอนที่มีในสิ่งแวดล้อมดังกล่าว เป็นต้น ความแตกต่างของปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูปสารมลพิษ
นำไปสูก่ ารสร้างสารตัวกลางและสารผลิตภณั ฑท์ ีม่ ีความแตกตา่ งกนั ของโครงสร้างและลักษณะสมบตั ิ
สารตัวกลางบางประเภททีถ่ ูกสร้างข้นึ มโี ครงสร้างที่จลุ ินทรีย์ไมส่ ามารถเปลี่ยนรูปหรือยอ่ ยสลายต่อไป
จึงอาจถูกสะสมอยู่ในเซลล์ของจุลินทรีย์ (Accumulation) หรือถูกขับออก (Secretion) จากเซลล์สู่
สิง่ แวดล้อมภายนอก การสะสมของสารตัวกลางเหล่านี้ในเซลล์หรือการขบั สารเหล่านอี้ อกนอกเซลล์
ส่งผลกระทบต่อวถิ ีการเปลี่ยนรปู หรือวถิ ีการย่อยสลายได้หลายรปู แบบ (ภาพท่ี 3.15) ดังนี้

1. การสะสมของสารตัวกลางรูปของ Dead-end product ในเซลล์ของจุลินทรีย์ ในกรณีที่
สารตวั กลางของวิถีการย่อยสลายถูกสร้างข้นึ และไม่สามารถถูกใช้ต่อไปได้ สารนี้จะถกู สะสมในเซลล์
การสะสมสารตัวกลางนี้ในปริมาณมากในเซลล์จะก่อให้เกิดการยับย้ังปฏิกิริยาการย่อยสลายแบบ
Feed-back inhibition ซึง่ ทำให้วิถีการย่อยสลายถกู ยับยง้ั ในทีส่ ดุ

2. การสะสมของสารตัวกลางที่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ของจุลินทรีย์ หากสารตัวกลางที่ถูก
สร้างข้ึนนี้มีความเป็นพิษต่อเซลล์จุลินทรีย์ ซึ่งความเป็นพิษนี้อาจจะมากกว่าความเป็ นพิษของ
สารมลพษิ ต้ังต้น เนื่องด้วยสารตัวกลางที่เป็นพษิ นถี้ กู สะสมอยู่ในเซลล์ ความรุนแรงของความเปน็ พษิ นี้
จึงอาจสง่ ผลให้จลุ ินทรีย์ตายได้

3. การขับสารตัวกลางที่ถกู สร้างข้ึนเหล่านี้ออกนอกเซลล์หากสารตัวกางที่ถูกขับออกมีความ
เป็นพิษสูงกว่าสารมลพิษต้ังต้น ความเป็นพิษนี้จะส่งผลเสียต่อสิ่งมีชีวิตในสิ่งแวดล้อมนั้น ๆ
มากกว่าเดิม ในกรณีเช่นนีจ้ ัดเป็นเหตกุ ารณท์ ี่ไมต่ ้องการให้เกิดข้นึ ในกระบวนการบำบดั สารมลพษิ ด้วย
วธิ ีทางชีวภาพ ดงั นั้น ก่อนการประยกุ ต์ใช้เทคโนโลยใี นการบำบัดสารมลพษิ ในสิง่ แวดล้อมจริงจึงต้องมี
การศึกษาอยา่ งละเอียดรอบคอบในห้องปฏิบตั ิการ

4. การขับสารตวั กลางออกนอกเซลล์ โดยที่สารตัวกลางสามารถเป็นสารอาหารแก่จุลินทรีย์
ชนิดอื่นในสิ่งแวดล้อมนั้น ๆ ในกรณีนี้การขับสารตัวกลางออกสูส่ ิ่งแวดล้อมจึงส่งผลดีในการช่วยการ
เจริญของจุลินทรีย์หรอื กลมุ่ ของจลุ นิ ทรีย์ (Bioaugmentation of microbial consortium) ลงในสิ่งแวดล้อม
ทมี่ ีการปนเปื้อนด้วยสารมลพิษ ประโยชน์ที่ได้รบั จากการใช้กลุ่มของจลุ ินทรีย์ที่มีความสามารถในการ
ใช้สารอาหารที่แตกต่างกันนี้ ได้แก่ การย่อยสลายสารมลพิษเป็นลำดับจนการย่อยสลายน้ันเกิดข้ึน
อย่างสมบูรณ์ กล่าวคือ สารตัวกลางที่สร้างข้ึนจากปฏิกิริยาการย่อยสลายของจุลินทรีย์ชนิดหนึ่งถูก
นำไปใช้เป็นสารอาหารตั้งต้นของจลุ ินทรียอ์ ีกชนิดหนึง่ ตามลำดับ

120

ภาพที่ 3.15 : ผลกระทบของสารตวั กลางต่อวถิ กี ารยอ่ ยสลายสารมลพษิ ของจลุ ินทรีย์
ตัวอยา่ งหนึ่งของการเกิดภาวะความเปน็ พษิ ในสิ่งแวดล้อมเนื่องจากสารตัวกลางที่เกิดจากการ

เปลี่ยนรูปสารมลพิษทางธรรมชาติ ได้แก่ รายงานของการใช้สารเพนตะคลอโรเบนซิลแอลกอฮอล์
(Pentachlorobenzyl alcohol) ซึ่งถูกใช้เป็นสารฆ่าเชื้อราในการปลูกข้าวในประเทศญี่ปุ่น ต้นข้าว
และพืชโดยส่วนใหญ่ทนทานต่อสารชนิดนี้ที่มีความเข้มข้นสูงถึง 2,000 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม ดังน้ัน
สารชนิดนีจ้ ึงถกู ใช้ในปริมาณทีส่ งู มากเพ่อื ฆา่ รา อยา่ งไรกต็ ามสองปีหลงั จากการใช้สารชนิดนใี้ นนาขา้ ว
พบวา่ พชื ชนิดอืน่ ๆ เช่น แตงกวา มะเขอื เทศ และแตงโมที่ปลกู ในพ้นื ที่การเกษตรทีน่ ำฟางขา้ วจากนาที่
ได้รับสารน้ันมาผสมในดินตายลงเกือบหมด จากการตรวจสอบพบว่าสารเพนตะคลอโรเบนซิล
แอลกอฮอล์ในธรรมชาติได้ถูกเปลี่ยนเป็นกรด 1,2,3,4,6-เพนตะ- หรือ กรด 2,3,5,6-เททระ- และ
กรด 2,4,6-ไตคลอโรเบนโซอิกซึ่งมีความเป็นพิษสูงมากต่อสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ท้ังพืชและจุลินทรีย์
จากเหตุการณ์ดังกล่าวนี้สารเพนตะคลอโรเบนซิลแอลกอฮอล์ได้ถูกห้ามใช้ผลิต หรือขาย ตัวอย่าง
ดงั แสดงในตารางที่ 3.13

121

ตารางที่ 3.13 : การเปลีย่ นรปู สารมลพษิ ซึ่งเปน็ สาเหตุของการเกิดภาวะความเปน็ พษิ

ชนิดของสารมลพิษและการเปล่ยี นรปู สารมลพษิ ปฏิกิริยาที่เกดิ ขึน้

การเปลี่ยนรูปของสารฆ่าราเป็นสารต้ังต้นของสารก่อ ไทแรม(Thiram) เป็ นไดเมทิลเอมี น

มะเรง็ (Antifungal to carcinogen precursor) (Dimethylamine)

การเปลี่ยนรูปของยาฆ่าแมลงเป็นสารพิษต่อปลา ดีดีที (DDT) เป็น1,1-dichloro-bis-(4-

(lnsecticide to carcinogen precursor) chlorophenyl) Ethane

การเปลี่ยนรูปของสารปราบวัชพืชเป็นสารก่อมะเร็ง 2,4,5-ที เป็น 2,4,5-ไตรคลอโรฟนี อล

(Herbicide to genotoxic product) โพ รพ านิ ล เป็ น 3 ,3’,4,4’-เท ท ระ

คลอโรเอโซเบนซีน

ที่มา : lshida, 1972

สารอาทราซีน (Atrazine,2-chloro-4-ethylamino-6-isopropylamino-1,3,5-s-triazine) ซึ่งมี
โครงสร้างทางเคมีดังภาพที่ 3.16 อาทราซีนเปน็ สารฆาวัชพชื ทีน่ ำมาใช้ควบคุมพชื ใบกวาง และหญาใน
ไรขาวโพด ขาวฟ่าง และออย ประเทศไทยเองก็มีการนำเขาสารอาทราซีนถึงปละ 1-2 ลานกิโลกรัม
และไดมีการตรวจพบสารอาทราซีนปนเป้ือนในแหล่งน้ำ และแหล่งน้ำใต้ดินในพ้ืนที่ตาง ๆ รวมทั้งใน
ประเทศไทย ดวยสารอาทราซีนเหลานี้เปนพิษตอแบคทเี รีย แพลงกตอน พชื สตั ว และมนษุ ย อีกท้ังยัง
พบวาสารอาทราซีนเปนสารที่ยบั ยง้ั หรือลดปริมาณฮอรโมน (Endocrine disruptor) ที่ไปมีผลทำให้เกิด
การเปลี่ยนแปลงทางเพศของสัตวครึง่ บกครึ่งน้ำในทางผิดปกติอีกดวย ดังนั้นจึงจำเป็นตองหาแนวทาง
ในการแกปญหาการปนเปื้อนนี้ ใช้วิธีการกำจัดแบบชีวภาพโดยใช้ Pseudomonas strain ADP และ
Arthrobacter aurescens strain TC1 เพ่อื ลดปริมาณของอาทรานีน

ภาพที่ 3.16 : ลกั ษณะโครงสร้างทางเคมีของอาทราซีน
ทีม่ า : อาทราซีน, (2560 : ออนไลน์)

122

กรรณิการ์ (2550) กล่าววา่ Pseudomonas strain ADP เทานั้นทีใ่ ชเปน็ ตนแบบของการศึกษาใน
รายละเอียดของ Atrazine degradation pathway และพบวา Pathway ในจุลินทรียนปี้ ระกอบดวย 6 ยีน
และ 6 ข้ันตอน กลาวคือ ยนี แรก คอื atzA จะเปลี่ยนรูป อาทราซีน (Atrazine) เปนไฮดรอกซีอาทราซีน
(Hydroxyatrazine) ยนี ทีส่ อง คอื atzB จะเปลี่ยนรูป ไฮดรอกซีอาทราซีน เปน N-ไอโซโพรพิวแอมมิไลด์
(N-isopropylammelide) ขั้นตอนตอไปเปนหนาที่ของ atzC จะเปลี่ยน N-ไอโซโพรพิวแอมมิไลด์ เปน
กรดไซยานูริก (Cyanuric acid) อีก 3 ขนั้ ตอน ประกอบดวย atzD, E และ F ที่จะเปลีย่ น กรดไซยานรู ิก
เปนไบยูเรต (Biuret) และ ไบยูเรต เปนอลั โลฟาเนต (Allophanate) จนถึงขั้นสุดทายเปลี่ยนอลั โลฟาเนต
เปนคารบอนไดออกไซด และแอมโมเนีย (ภาพท่ี 3.17)

ภาพที่ 3.17 : การยอยสลายสารอาทราซีนโดย Pseudomonas strain ADP
ทีม่ า : ดัดแปลงจาก Sadowsky et al., 1998

Arthrobacter aurescens strain TC1 กลาวคือ ยีนแรก คือ trzN จะเปลี่ยนรูปอาทราซีนเปน
ไฮดรอกซีอาทราซีน ยีนที่สอง คือ atzB จะเปลี่ยนรูป ไฮดรอกซีอาทราซีน เปน N-ไอโซโพรพิว
แอมมิไลด์ และข้ันตอนสุดท้ายยีนที่สาม คือ atzC จะเปลี่ยนรูป N-ไอโซโพรพิวแอมมิไลด์ เป็น
กรดไซยานรู ิก (ภาพท่ี 3.18)

ภาพที่ 3.18 : การยอยสลายสารอาทราซีนใน Arthrobacter aurescens strain TC1
ที่มา : ดดั แปลงจาก Sadowsky et al., 1998

123

ไกลโฟเสท (Glyphosate) ดังภาพที่ 3.19 เป็นสารกำจัดวัชพืชที่มีการใช้อย่างแพร่หลายใน
ประเทศไทย และเป็นสารกำจดั ศตั รพู ชื ที่มีการนำเขา้ เป็นอันดบั ตน้ ๆ กลไกการออกฤทธิ์ของไกลโฟเสท
เกิดจากการยับยั้งเอนไซมท์ ีเ่ กีย่ วขอ้ งกับกระบวนการสร้าง Aromatic amino acid ทีจ่ ำเป็นบางชนิดของ
พชื เป็นเหตุให้พืชเป้าหมายตาย ในการใช้สารกำจัดวชั พืชนั้นบางคร้ังสารเคมีสามารถปนเป้ือนออกสู่
น้ำใต้ดิน และแหล่งน้ำผิวดิน ในบริเวณที่อยู่ไกลออกไปได้ ส่งผลกระทบด้านลบต่อมนุษย์ สัตว์ และพืช
ที่ไม่ใชพ่ ชื เป้าหมาย ด้วยผลกระทบต่อมนุษย์มักเกิดจากการไม่ระมัดระวงั หรือขาดการป้องกนั ในขณะที่
ใช้สารนีฉ้ ีดพน่ เพ่อื กำจดั วชั พชื หรือการรบั ประทานอาหารที่มีการปนเป้ือนของสารชนิดนี้

ภาพที่ 3.19 : ลกั ษณะโครงสร้างของไกลโฟเสท
ทีม่ า : ไกลโฟเสท, (2560 : ออนไลน)์

ภัทรารัตน์ (2559) กล่าวว่ากระบวนการย่อยสลายของไกลโฟเสทโดยจุลินทรีย์นั้น มี
2 กระบวนการ คือ กระบวนแรกเป็นการลดไกลโฟเสทโดยการแตกพันธะระหว่างคาร์บอนกับ
ฟอสฟอรัส (C-P) โดยเอนไซม์ C-P lyase ซึ่งสังเคราะห์ได้จาก Pseudomonas sp. เมื่อแตกพันธะ
ระหว่างคาร์บอนกับฟอสฟอรัส (C-P) จะได้ Phosphate และ Sarcosine เป็นผลผลิตของปฏิกิริยา ซึ่ง
Sarcosine จะถูกย่อยต่อเป็น Glycine และ Formaldehyde glycine จากนั้นจะถูกย่อยต่อไปจนได้เป็น
คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และแอมโมเนีย (NH3) ส่วน Formaldehyde น้ันจะเข้าสู่ Tetrahydrofolate
pathway และถูกย่อยสลายตอ่ ไป และอีกกระบวนการหนึง่ จะใช้เอนไซม์จากจลุ ินทรียใ์ นดิน Glyphosate
oxidoreductase ลดไกลโฟเสทโดยการแยกพนั ธะระหว่างคาร์บอนและไนโตรเจน (C-N) ได้ผลผลิตของ
ป ฏิ กิ ริ ย าเป็ น Aminomethylphosphonic acid (AMPA) แ ล ะ Glyoxylate ซึ่ ง Glyoxylate จ ะเข้าสู่
Glyoxylate cycle และถูกย่อยสลายต่อไป ส่วน AMPA จะถกู ยอ่ ยสลายต่อไปได้เปน็ อนินทรีย์ฟอสเฟต
และ Methylamine โดย Methylamine จะถกู Mineralize ต่อไปเป็น CO2 และ NH3 (ภาพท่ี 3.20)

124

ภาพที่ 3.20 : กลไกการย่อยสลายไกลโฟเสทด้วยจลุ ินทรีย์
ทมี่ า : ดดั แปลงจาก Dick and Quinn, 1995

สารออร์กาโนคลอรีน (Organochlorine) เป็นสารเคมีปอ้ งกนั กำจัดแมลงสงั เคราะห์ สารป้องกัน
กำจดั แมลงกลมุ่ นีม้ ีความเป็นพิษเฉียบพลันต่ำกวา่ กลุม่ อืน่ แต่ก่อให้เกิดพษิ เรอื้ รงั ในระยะยาวเนื่องจาก
สลายตัวยาก และสะสมในสิ่งแวดล้อมสูง โดยเฉพาะสารไดโคโฟล (Dicofol) มีชื่อทางเคมี คือ
2,2,2-trichloro-1,1-bis (4-chlorophenyl) ethanol เปน็ สารประกอบทางเคมี ตามโครงสร้างทางเคมีใน
ภาพที่ 3.20 ซึ่งอยู่ในกลุม่ สารออร์กาโนคลอรีนที่มีคุณสมบัติไม่ละลายในน้ำและดูดซับกับอนุภาคดิน
เมือ่ เกิดการพังทลายของดินจะเกิดการปนเปื้อนลงสู่แหล่งน้ำผิวดิน

ภาพที่ 3.20 : โครงสร้างทางเคมีของสารไดโคโฟล (Dicofol)
ทีม่ า : Dicofol, (2560 : ออนไลน)์