1. 용존 산소란 무엇인가요?
용존 산소 (의 약자) DO)는 물 속에 존재하는 화합물이 아닌 자유 상태의 기체 산소 분자(O₂)의 양을 말합니다. 이는 물에 소금이나 설탕을 넣고 저었을 때 나타나는 현상과 비슷하게 상상할 수 있습니다. 또한 수생 환경에서 매우 중요한 지표이며, 다양한 생물체의 생존과 건강에 결정적인 역할을 합니다. 간단히 말해, 물에 용해된 산소의 양을 의미합니다.
용존 산소가 왜 중요한가요?
- 물고기와 그 밖의 수생 동물의 경우, 용존 산소 마치 우리가 숨 쉬는 공기처럼 중요합니다. 수생 생물들은 이를 통해 호흡을 하고 일상 활동에 필요한 에너지를 얻습니다. 적절한 용존산소(DO) 농도는 건강한 성장과 번식을 돕습니다. 용존산소 농도가 낮으면 수생 생물에게 스트레스를 유발하거나 질병을 일으키며, 심지어 사망에 이를 수도 있습니다.
- 또한 전반적인 수질에도 영향을 미칩니다. 용존산소(DO) 수치가 높으면 유기물을 더 효율적으로 분해하는 데 도움이 되어 유해 물질의 축적을 방지할 수 있습니다.
용존산소는 어디에서 비롯되며, 용존산소의 양은 무엇에 의해 결정되나요?
2.1 용존 산소의 공급원
(1)대기 중의 용존 산소:
물-대기 계면에서의 확산은 물 속 용존 산소의 주요 공급원입니다. 예를 들어, 산소 분자는 고요한 호수나 강 표면에서 공기 중으로부터 서서히 용해됩니다. 헨리의 법칙에 따르면, 액체 내 가스의 용해도는 그 가스의 분압에 비례합니다. 대기 중 산소의 분압이 약 21 kPa(표준 압력 하에서)이므로, 이 과정은 느리긴 하지만 산소는 물에 용해됩니다. 물의 교반은 용해 속도에 영향을 미칩니다. 호수에서 바람에 의해 일어난 파도는 공기-물 접촉 면적을 증가시켜 산소 용해를 가속화합니다.
(2) 수생 식물의 광합성:
이는 물 속 용존산소의 또 다른 주요 공급원입니다. 수생 식물(조류, 수초 등)은 광합성 과정에서 이산화탄소를 흡수하고 산소를 방출합니다. 광합성의 화학식은 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2입니다. 예를 들어, 부영양화된 연못에서는 조류가 대량으로 번식합니다. 낮 동안 충분한 햇빛이 비추면, 조류의 광합성으로 생성된 산소 덕분에 물 속의 용존산소 함량이 크게 증가하며, 때로는 과포화 상태에 이르기도 합니다.
2.2 용존산소 함량의 결정 요인
| 결정 요인 | 용존산소에 미치는 영향 | 상세 설명 |
| 온도 | 온도가 상승하면 용존 산소 농도가 감소한다 | 온도가 상승하면 물 분자의 열운동이 활발해지고, 기체 분자가 물 밖으로 빠져나가려는 경향이 커집니다. 예를 들어, 0℃에서 물의 용존 산소 포화도는 약 14.6mg/L이며, 30℃에서는 약 7.6mg/L입니다. |
| 기압 | 기압이 상승하면 용존 산소량이 증가한다 | 헨리의 법칙에 따르면, 다른 조건이 변하지 않을 때 기압의 변화는 용존 산소의 양에 영향을 미친다. 고지대에서는 기압이 낮고 수역의 용존 산소 함량이 상대적으로 낮은 반면, 저지대에서는 기압이 높고 용존 산소 함량이 상대적으로 높다. |
| 염도 | 염분 농도가 증가하면 용존 산소의 용해도가 감소한다 | 물 속의 염 이온은 물 분자와 상호작용하여 산소 분자가 물 분자와 결합할 가능성을 낮춥니다. 해수의 염도는 보통 32‰~37‰ 정도이며, 용존 산소 포화도는 담수보다 훨씬 낮습니다. |
| 물의 유동성 | 흐르는 물은 용존산소 농도를 높일 수 있는 반면, 고인 물은 용존산소의 층화가 일어나기 쉽다. | 흐르는 수역은 대기와의 접촉을 통해 수면을 끊임없이 갱신하고, 용존 산소량을 증가시키며, 용존 산소의 분포를 더욱 균일하게 만듭니다. 반면 고인 물은 주로 확산과 광합성을 통해 산소가 공급되므로, 수면과 저층 사이에 용존 산소 농도의 차이가 크게 나기 쉬우며, 저층은 저산소 상태가 될 수 있습니다. |
| 수생 생물의 호흡과 유기물의 분해 | 용존산소 소비량 | 생물학적 호흡(예: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 에너지)과 유기물의 분해는 산소를 소비하는 과정입니다. 수중에 유기물이 너무 많거나 산소가 제때 보충되지 않으면 용존산소 농도가 급격히 떨어집니다. |
2.3 용존산소 포화도에 영향을 미치는 요인은 무엇인가?
일반적으로 물 속 용존산소의 포화도는 수온, 수심, 염도에 의해 거의 쉽게 영향을 받으며, 수온이 높을수록 물 속 용존산소의 포화도 값은 낮아집니다.
압력이 높을수록 물의 포화 용존산소(DO) 농도는 낮아집니다. 염도가 높을수록 물의 포화 용존산소(DO) 농도는 낮아집니다.
아래 표는 참고용입니다. 용존산소 포화도 표에 대한 데이터가 필요하시면 당사로 문의해 주시기 바랍니다.
3. 용존 산소 측정
용존산소를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적인 방법 중 하나는 용존산소 측정기를 사용하는 것입니다. 이 측정기를 사용하면 시료의 용존산소 농도를 빠르고 정확하게 측정할 수 있습니다. 또 다른 전통적인 방법은 윙클러 적정법인데, 시간이 더 많이 소요되지만 정확도는 매우 높습니다.
