포화 산소량
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1. 개요
포화 산소량은 의학 및 환경 과학 분야에서 사용되는 개념으로, 의학에서는 혈액 내 헤모글로빈이 산소와 결합하는 정도를 나타내며, 환경 과학에서는 물과 같은 환경에서 용존 산소의 농도를 나타낸다. 의학적 측면에서 산소 포화도는 생물의 조직으로의 산소 공급을 의미하며, 환경 과학에서는 용존 산소의 농도와 해당 수역에 용해될 수 있는 최대 산소량의 비율을 나타낸다. 용존 산소량은 수생 생물의 생존과 수질 오염, 금속 부식 등과 밀접한 관련이 있으며, 다양한 측정 방법을 통해 산소 포화도를 측정한다.
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| 포화 산소량 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 용해도 | 물에 대한 용해도는 온도, 염도, 압력에 따라 변함 |
| 측정 단위 | mg/L (밀리그램 매 리터) 또는 ppm (백만분율) |
| 중요성 | 수생 생물의 생존에 필수적이며, 수질을 평가하는 중요한 지표 |
| 산소 포화도 | |
| 정의 | 물에 용해된 산소의 양이 특정 온도와 압력에서 물이 보유할 수 있는 최대 산소량에 대한 백분율 |
| 영향 요인 | 온도, 압력, 염도 |
| 측정 단위 | % (퍼센트) |
| 정상 범위 | 일반적으로 90% 이상이 건강한 수생 환경을 나타냄 |
| 용존 산소량 | |
| 정의 | 물, 액체 또는 기타 매체에 용해된 산소의 상대적인 측정값 |
| 관련 분야 | 생태학, 생물학, 환경 과학, 해양학 |
| 단위 | 다양하게 표현될 수 있음 (백분율, 밀리그램/리터 (mg/L, ppm)) |
| 측정 및 관리 | |
| 측정 방법 | 윈클러 적정법 전기화학 센서 광학 센서 |
| 관리 | 폭기 수생 식물 관리 오염원 감소 |
2. 의학에서의 산소 포화도
의학에서 산소 포화도는 산소 분자(O2)가 혈류 내 헤모글로빈 결합 부위 중 얼마나 차지하고 있는지를 측정하는 값이다. 이는 신체 조직으로 산소가 얼마나 잘 공급되는지를 보여주는 중요한 지표가 된다. 폐에서 공기 중의 산소를 받아들여 혈액으로 전달하는 과정의 효율성을 평가하는 데 사용된다.
2. 1. 산소 공급 과정
의학에서 '산소 공급'은 산소 분자(O2)가 신체의 조직으로 들어가는 과정을 의미한다. 이 과정에서 혈액은 공기 중의 산소 분자가 폐를 통해 혈액으로 이동하면서 산소를 공급받게 된다. 산소 포화도는 혈류 속 헤모글로빈의 결합 부위 중 산소 분자가 차지하는 비율을 측정하는 값이다.2. 2. 헤모글로빈과 산소 결합
의학에서 산소 포화도는 산소 분자(O2)가 신체의 조직으로 들어가는 과정인 ''산소 공급''과 관련된다. 혈액은 폐에서 공기로부터 산소 분자를 받아 산소를 공급받으며, 이때 산소 포화도는 혈류 내 헤모글로빈의 산소 결합 부위 중 산소 분자에 의해 점유된 비율을 측정한 값을 의미한다.3. 환경 과학에서의 산소 포화도
환경 과학 분야에서 산소 포화도는 주로 물속에 녹아 있는 산소의 양, 즉 용존 산소(DO, O2) 농도를 나타내는 지표로 사용된다. 이는 해당 수역의 수질 상태와 생태계 건강을 평가하는 데 매우 중요한 기준으로 활용된다.[2]
물속의 용존 산소량은 온도나 압력 같은 물리적 요인뿐만 아니라, 광합성이나 호흡, 유기물 분해와 같은 생물학적 과정에 의해서도 영향을 받는다. 일반적으로 산소 공급이 원활하고 유기 오염 물질이 적은 깨끗한 물은 높은 산소 포화도를 유지하며, 이는 다양한 수생 생물이 살아가기에 적합한 환경을 제공한다.[2][4]
산소 공급은 특정 생태계가 건강하게 유지되기 위한 필수 조건이다.[5] 만약 유기 물질의 과도한 유입이나 영양염류 오염 등으로 인해 물속 산소가 부족해지는 환경 저산소증 상태가 발생하면, 어류와 같이 산소를 필요로 하는 호기성 생물의 생존이 어려워지고 심각한 경우 물고기 폐사로 이어질 수 있다. 반면, 산소가 부족한 환경에서는 혐기성 생물이 번성하게 되어 생태계의 자연의 균형이 깨질 수 있다.[3][6] 따라서 용존 산소 측정은 수환경 관리 및 보전에 있어 핵심적인 요소이다.
3. 1. 용존 산소 (DO)
물과 같은 환경에서 산소 포화도는 용존 산소(DO, O2)의 농도와 해당 수역에 녹을 수 있는 최대 산소량의 비율을 의미한다. 이 최대 용해량은 안정적인 평형 상태에서의 온도와 압력에 따라 결정된다. 산소를 만들거나 소비하는 생물이 없는 상태에서 공기가 잘 통하는 물(예: 빠르게 흐르는 시냇물)은 일반적으로 100% 포화 상태이다.[2]
정체된 물은 광합성을 하는 수생 산소 생성자가 있거나, 대기 조건 변화 후 평형 상태에 도달하는 속도가 느릴 경우 산소 농도가 100%를 넘어 과포화 상태가 될 수 있다.[2] 반대로, 부패하는 유기 물질이 많은 정체된 물은 산소 농도가 100%보다 훨씬 낮아지는 경향이 있는데, 이는 혐기성 박테리아가 유기물을 분해하는 효율이 호기성 박테리아보다 훨씬 떨어지기 때문이다.[3] 토양에서도 산소 농도는 유기물 분해에 중요한 역할을 한다. 산소 포화도가 높으면 호기성 박테리아가 활발하게 활동하여 유기물을 효율적으로 분해하므로, 산소 포화도가 낮은 토양보다 단위 부피당 유기물 함량이 적다.[4]
산소 공급은 특정 생태계의 지속 가능성 유지에 매우 중요하다. 미국 환경 보호청(US Environmental Protection Agency)은 대기압 조건에서 온도에 따른 최대 평형 용존 산소 농도 표를 발표하기도 했다.[5] 강어귀 생태계에서 용존 산소의 적정 수준은 6ppm 이상으로 알려져 있다.[6] 유기물 분해나 영양염류 오염으로 인해 발생하는 산소 부족 현상(환경 저산소증)은 연못이나 강과 같은 수역에서 나타날 수 있으며, 이는 어류와 같은 호기성 생물의 생존을 위협한다. 이러한 탈산소화 과정은 식물이나 일부 박테리아 같은 혐기성 생물의 상대적 개체 수를 증가시키는 반면, 호기성 생물의 수는 감소시켜 물고기 폐사를 유발하고 생태계의 자연의 균형을 무너뜨릴 수 있다.
3. 2. 수질과 용존 산소
물과 같은 환경에서, 산소 포화도는 "용존 산소"(DO, O2)의 농도와 해당 수역에 용해될 수 있는 최대 산소량의 비율을 의미한다. 이 최대 용해량은 안정적인 평형 상태에서의 온도와 압력에 따라 결정된다. 산소를 생성하거나 소비하는 생물이 없는 상태에서 공기가 잘 공급되는 물(예: 빠르게 흐르는 시냇물)은 일반적으로 100% 포화 상태를 유지한다.[2]
정체된 물에서는 광합성을 하는 수생 식물 등이 산소를 생성하거나, 대기 조건이 변한 후 느리게 평형 상태에 도달하면서 산소가 과포화 상태(100% 이상 포화)가 될 수도 있다.[2] 반대로, 부패하는 유기 물질이 많은 정체된 물은 산소 농도가 100%보다 훨씬 낮아지는 경향이 있다. 이는 혐기성 박테리아가 유기물을 분해하는 과정에서 산소를 소비하기 때문이다.[3] 토양에서도 산소 농도는 유기물 분해에 중요한 역할을 한다. 산소 포화도가 높으면 호기성 박테리아가 활발하게 활동하여 혐기성 박테리아보다 훨씬 효율적으로 유기물을 분해한다.[4] 따라서 산소가 풍부한 토양은 그렇지 않은 토양보다 같은 부피당 유기물 함량이 적다.[4]
산소 공급은 특정 생태계의 지속 가능성에 매우 중요하다. 미국 환경 보호청(EPA)은 대기압 조건에서 온도별 최대 평형 용존 산소 농도 자료를 제공하고 있다.[5] 일반적으로 강어귀 생태계에 적합한 용존 산소 수준은 6ppm 이상으로 알려져 있다.[6] 유기 물질 분해나 영양염류 오염 등으로 인해 산소가 부족해지는 환경 저산소증은 연못이나 강 등에서 발생할 수 있으며, 이는 어류와 같은 호기성 생물의 생존을 위협한다. 산소가 부족해지면 식물이나 일부 박테리아 같은 혐기성 생물의 비율이 상대적으로 늘어나 물고기 폐사 등 생태계에 해로운 결과를 초래하며, 결국 호기성 종보다 혐기성 종이 우세해져 자연의 균형을 무너뜨리게 된다.
3. 3. 생태계와 용존 산소
물 속에 녹아 있는 산소(DO, O2)의 양, 즉 용존 산소는 특정 생태계의 지속 가능성에 매우 중요한 요소이다.[2] 미국 환경 보호청(US Environmental Protection Agency)은 대기압과 온도에 따른 최대 평형 용존 산소 농도 표를 발표했으며,[5] 일반적으로 강어귀 생태계가 건강하게 유지되기 위한 용존 산소의 최적 수준은 6ppm 이상으로 알려져 있다.[6]
용존 산소 농도는 환경 조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 빠르게 흐르는 시냇물처럼 공기와 잘 접촉하는 물은 대개 100% 포화 상태에 가깝다.[2] 반면, 유기 물질의 분해나 영양염류 오염 등으로 인해 연못이나 강과 같은 수역에서는 산소가 부족해지는 환경 저산소증이 발생하기 쉽다. 특히 부패 물질이 많은 정체된 물은 산소 농도가 100%보다 훨씬 낮아지는 경향이 있는데, 이는 산소를 소모하는 분해 과정 때문이다.[3]
이러한 저산소 환경은 어류와 같이 산소를 필요로 하는 호기성 생물의 생존을 위협하며, 심각할 경우 물고기 폐사와 같은 결과를 초래한다. 반대로 산소가 부족한 환경에서는 일부 식물이나 박테리아와 같은 혐기성 생물이 더 잘 번식하게 된다. 결국, 저산소증은 호기성 생물 대신 혐기성 생물의 비율을 높여 수중 생태계의 자연의 균형을 무너뜨리는 결과를 가져온다.
4. 용존 산소 측정 방법
용존 산소량을 측정하는 주요 방법들은 다음과 같다.
- 격막 전극법: 산소 투과성 막을 이용한 전극을 사용하여, 산소 분자가 환원될 때 발생하는 전류를 측정하여 용존 산소량을 구하는 방식이다.
- 윙클러법: 시료수에 특정 시약을 첨가하여 화학 반응을 유도하고, 생성된 물질을 티오황산나트륨으로 적정하여 용존 산소량을 정량하는 고전적인 화학 분석법이다.[7] 오차를 줄이기 위한 개선된 방법도 존재한다.[7]
- 윙클러 아지드화나트륨 변법: 윙클러법의 정밀도를 향상시키기 위해 추가적인 적정 단계를 포함하는 변형된 방법이다.
- 비색법: 시료와 시약을 혼합했을 때 나타나는 색의 진하기를 비교하여 용존 산소량을 간편하게 측정하는 방법이다. 정밀도는 상대적으로 낮다.
4. 1. 격막 전극법
산소 투과성 플라스틱 막으로 덮인 음극과 양극 사이의 공간을 전해질로 채운 전극을 이용하는 방식이다. 이 전극을 시료 용액에 넣으면, 용액 속의 산소 분자가 플라스틱 막과 전해질을 통해 확산하여 음극 표면에 도달하고 여기서 환원 반응을 일으킨다. 이때 발생하는 전류의 크기는 확산되는 산소 분자의 양, 즉 용존 산소량에 비례하므로, 이 전류를 측정하여 용존 산소량을 계산할 수 있다. 격막 전극법에는 주로 정전위 전해법과 갈바니 전지법이 있다.4. 1. 1. 정전위 전해법
정전위 전해법은 용존 산소량을 측정하는 격막 전극법의 한 종류이다. 격막 전극법은 산소 투과성 플라스틱 막으로 덮인 음극, 양극 사이의 공간을 전해질 용액으로 채운 전극을 사용한다. 이 전극을 시료 용액에 담그면, 용액 중의 산소 분자가 플라스틱 막과 전해질을 통과하여 음극 표면으로 확산되고 여기서 환원된다. 이때 흐르는 전류는 확산되는 산소 분자의 양에 비례하므로, 이 전류를 측정하여 용존 산소량을 알아낼 수 있다.격막 전극법에는 주로 정전위 전해법과 갈바니 전지법이 있다. 정전위 전해법은 외부 전원을 사용하여 음극의 전압을 일정하게 유지하는 방식으로 작동한다. 이는 갈바니 전지법이 비금속 전극을 음극과 조합하여 자체적으로 일정한 전압을 얻는 방식과 구별된다.
4. 1. 2. 갈바니 전지법
갈바니 전지법은 격막 전극법의 한 종류이다. 격막 전극법은 산소 투과성 플라스틱 막으로 덮인 음극과 양극 사이를 전해질로 채운 전극을 사용한다. 시료액에 전극을 넣으면 물속의 산소 분자가 막과 전해질을 통과하여 음극 표면에서 환원 반응을 일으킨다. 이때 발생하는 전류는 산소 분자의 확산 속도, 즉 용존 산소량에 비례하므로 이를 측정하여 용존 산소량을 알 수 있다.격막 전극법에는 정전위 전해법과 갈바니 전지법이 있는데, 갈바니 전지법은 외부 전원 없이 비금속 전극을 음극과 조합하여 자체적으로 일정한 전압을 얻는 방식으로 작동한다. 이는 외부 전원을 사용하여 음극의 전압을 일정하게 유지하는 정전위 전해법과 구별되는 특징이다.
4. 2. 윙클러법
시료수에 염화망간 용액과 요오드화칼륨/수산화나트륨 혼합 용액을 차례로 넣으면 수산화망간이 생성된다. 이 수산화망간은 물속의 산소와 반응하여 용존 산소량에 비례해 산화되어 침전물 형태로 가라앉는다.[7] 이 침전물에 요오드화물 이온과 산을 넣어 녹이면, 용존 산소량에 비례하여 요오드가 분리된다. 분리된 요오드를 티오황산나트륨 용액으로 적정하여 용존 산소의 양을 측정한다.기존 윙클러법에는 오차를 유발할 수 있는 요인이 있었으나, 카펜터(Carpenter)는 분석 시약 자체로 인한 오차 요인을 줄이는 개선 방법을 개발했다.[7] 이 개선된 방법에서는 염화망간 용액 대신 황산망간 용액을, 요오드화칼륨/수산화나트륨 혼합 용액 대신 수산화나트륨 용액을 사용한다.
4. 2. 1. 윙클러 아지드화나트륨 변법
윙클러법에 의한 용존 산소량 측정의 정밀도를 높이기 위해 고안된 방법이다. 윙클러법의 마지막 단계에서 티오황산나트륨으로 유리된 요오드를 적정한 뒤, 남아있는 유리 요오드를 녹말 용액을 이용하여 다시 한번 적정하는 과정을 거친다.4. 3. 비색법
시료와 시약을 섞어 나타나는 색깔의 진하기를 통해 용존 산소량을 확인하는 방법이다. 간편하게 측정할 수 있는 시험법이지만, 정확도는 낮아 유효 숫자가 1자리 정도에 불과하다. 측정에 사용되는 시약은 용존 산소 측정 키트 형태로 시중에서 판매되고 있다.5. 포화 용존 산소량
포화 용존 산소량은 기압, 수온, 용존 염류 농도 등 여러 요인에 따라 달라진다. 일반적으로 기압이 높을수록, 수온이 낮을수록 포화 용존 산소량은 증가하는 경향을 보인다.
다음 표는 증류수를 기준으로, 1 기압 조건에서 온도에 따른 포화 용존 산소량(mg-O/L)을 보여준다. 표의 세로축은 온도의 정수 부분을, 가로축은 소수점 첫째 자리 값을 나타낸다. 예를 들어, 5.5°C에서의 포화 용존 산소량은 세로축 '5'와 가로축 '0.5'가 만나는 지점의 값인 12.22 mg-O/L이다.
| 0.0 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 14.15 | 14.12 | 14.08 | 14.04 | 14.00 | 13.97 | 13.93 | 13.89 | 13.85 | 13.81 |
| 1 | 13.77 | 13.74 | 13.70 | 13.66 | 13.63 | 13.59 | 13.55 | 13.51 | 13.48 | 13.44 |
| 2 | 13.40 | 13.37 | 13.33 | 13.30 | 13.26 | 13.22 | 13.19 | 13.15 | 13.12 | 13.08 |
| 3 | 13.04 | 13.01 | 12.98 | 12.94 | 12.91 | 12.87 | 12.84 | 12.81 | 12.77 | 12.74 |
| 4 | 12.70 | 12.67 | 12.64 | 12.60 | 12.57 | 12.54 | 12.51 | 12.47 | 12.44 | 12.41 |
| 5 | 12.37 | 12.34 | 12.31 | 12.28 | 12.25 | 12.22 | 12.18 | 12.15 | 12.12 | 12.09 |
| 6 | 12.06 | 12.03 | 12.00 | 11.97 | 11.94 | 11.91 | 11.88 | 11.85 | 11.82 | 11.79 |
| 7 | 11.75 | 11.73 | 11.70 | 11.67 | 11.64 | 11.61 | 11.58 | 11.55 | 11.52 | 11.50 |
| 8 | 11.47 | 11.44 | 11.41 | 11.38 | 11.36 | 11.33 | 11.30 | 11.27 | 11.25 | 11.22 |
| 9 | 11.19 | 11.16 | 11.14 | 11.11 | 11.08 | 11.06 | 11.03 | 11.00 | 10.98 | 10.95 |
| 10 | 10.92 | 10.90 | 10.87 | 10.85 | 10.82 | 10.80 | 10.77 | 10.75 | 10.72 | 10.70 |
| 11 | 10.67 | 10.65 | 10.62 | 10.60 | 10.57 | 10.55 | 10.53 | 10.50 | 10.48 | 10.45 |
| 12 | 10.43 | 10.40 | 10.38 | 10.36 | 10.34 | 10.31 | 10.29 | 10.27 | 10.24 | 10.22 |
| 13 | 10.20 | 10.17 | 10.15 | 10.13 | 10.11 | 10.09 | 10.06 | 10.04 | 10.02 | 10.00 |
| 14 | 9.97 | 9.95 | 9.93 | 9.91 | 9.89 | 9.87 | 9.85 | 9.83 | 9.81 | 9.78 |
| 15 | 9.76 | 9.74 | 9.72 | 9.70 | 9.68 | 9.66 | 9.64 | 9.62 | 9.60 | 9.58 |
| 16 | 9.56 | 9.54 | 9.52 | 9.50 | 9.48 | 9.46 | 9.45 | 9.43 | 9.41 | 9.39 |
| 17 | 9.37 | 9.35 | 9.33 | 9.31 | 9.30 | 9.28 | 9.26 | 9.24 | 9.22 | 9.20 |
| 18 | 9.18 | 9.17 | 9.15 | 9.13 | 9.12 | 9.10 | 9.08 | 9.06 | 9.04 | 9.03 |
| 19 | 9.01 | 8.99 | 8.98 | 8.96 | 8.94 | 8.93 | 8.91 | 8.89 | 8.88 | 8.86 |
| 20 | 8.84 | 8.83 | 8.81 | 8.79 | 8.78 | 8.76 | 8.75 | 8.73 | 8.71 | 8.70 |
| 21 | 8.68 | 8.67 | 8.65 | 8.64 | 8.62 | 8.61 | 8.59 | 8.58 | 8.56 | 8.55 |
| 22 | 8.53 | 8.52 | 8.50 | 8.49 | 8.47 | 8.46 | 8.44 | 8.43 | 8.41 | 8.40 |
| 23 | 8.39 | 8.37 | 8.36 | 8.34 | 8.33 | 8.32 | 8.30 | 8.29 | 8.27 | 8.26 |
| 24 | 8.25 | 8.23 | 8.22 | 8.21 | 8.19 | 8.18 | 8.17 | 8.15 | 8.14 | 8.13 |
| 25 | 8.11 | 8.10 | 8.09 | 8.07 | 8.06 | 8.05 | 8.04 | 8.02 | 8.01 | 8.00 |
| 26 | 7.99 | 7.97 | 7.96 | 7.95 | 7.94 | 7.92 | 7.91 | 7.90 | 7.89 | 7.88 |
| 27 | 7.87 | 7.85 | 7.84 | 7.83 | 7.82 | 7.81 | 7.79 | 7.78 | 7.77 | 7.76 |
| 28 | 7.75 | 7.74 | 7.72 | 7.71 | 7.70 | 7.69 | 7.68 | 7.67 | 7.66 | 7.65 |
| 29 | 7.64 | 7.62 | 7.61 | 7.60 | 7.59 | 7.58 | 7.57 | 7.56 | 7.55 | 7.54 |
| 30 | 7.53 | 7.52 | 7.51 | 7.50 | 7.48 | 7.47 | 7.46 | 7.45 | 7.44 | 7.43 |
6. 용존 산소량과 수생 생물
많은 어패류는 용존 산소가 3 mg/L 미만이면 생존하기 어려우며, 용존 산소가 부족하면 수면 가까이에서 입을 뻐끔거리거나, 서식지를 벗어나려는 도피 행동, 경련 등의 이상 행동을 보인다[8]. 기상청에서는 생물 활동에 영향을 미치는 해중 산소량을 70µmol/kg 이하로 정의한다[9].
7. 용존 산소와 수질의 관계
자연 상태의 물(수역)에서 용존 산소량은 물에 녹아드는 산소의 양과 물속 생물이 소비하는 산소의 양 사이의 균형에 의해 결정된다. 산소는 주로 대기 중의 산소가 수면에 녹아들거나, 물속 식물의 광합성 활동을 통해 공급된다. 반면, 물속에 사는 생물들의 호흡 과정에서 산소가 소비되며, 특히 부영양화가 진행된 곳에서는 생물량이 많아 산소 소비량이 증가하는 경향을 보인다.
하천의 경우, 일반적으로 상류 지역은 물살이 빠르고 바위 등에 부딪혀 물 표면의 움직임이 활발하기 때문에 대기 중 산소가 물에 잘 녹아들어 용존 산소량이 비교적 높게 나타난다. 그러나 중류와 하류로 내려갈수록 유속이 느려지고 생활 하수 유입 등으로 유기물의 양이 증가하면서 이를 분해하는 미생물의 산소 소비량이 늘어나 용존 산소량은 점차 낮아지는 경향을 보인다. 유기물이 과도하게 유입되어 생물학적 산소 요구량(BOD)이 높아지면, 미생물이 산소를 대량으로 소비하여 용존 산소량이 급격히 감소하고 수질이 악화될 수 있다.
이처럼 용존 산소량은 수질 오염의 정도를 나타내는 중요한 지표로 활용되며, 수치가 높을수록 좋은 수질을 의미한다는 점에서 다른 오염 지표(pH 제외)와 구별된다. 하천, 호소, 해역 등 각 수역의 유형에 따라 환경 기준이 설정되어 관리된다.
7. 1. 광합성과 용존 산소
수중에 수초와 같은 식물이 많이 살고 있는 경우, 낮 동안 햇빛을 받아 광합성을 활발하게 진행한다. 이 과정에서 산소가 발생하여 물속의 용존 산소량이 높아지며, 때로는 물에 녹을 수 있는 한계치를 넘어 과포화 상태가 되기도 한다. 과포화 상태에서는 물에 녹지 못한 산소가 기포 형태로 나타나는 것을 관찰할 수 있다.반대로 밤이 되면 식물도 호흡을 하기 때문에 물속의 산소를 소비한다. 이로 인해 용존 산소량이 크게 줄어들 수 있으며, 심한 경우에는 산소가 거의 없는 빈산소 상태에 이르기도 한다. 용존 산소는 많은 수생 동물에게 필수적이므로, 이러한 급격한 용존 산소량 변화는 생물 다양성을 감소시키는 원인이 될 수 있다. (빈산소 수괴 참조)
7. 2. 유기물과 용존 산소
생활 하수 등이 흘러들어 수중에 유기물이 많아지면 용존 산소량이 낮아진다. 이는 물속에 생물이 이용할 수 있는 유기물이 많다는 것을 의미하며, 생물학적 산소 요구량(BOD)이 높다고 표현한다. 유기물이 풍부해지면 이를 분해하는 미생물이 폭발적으로 증가하게 된다. 이 미생물들은 호흡 과정에서 물속의 산소를 대량으로 소비하기 때문에, 결과적으로 용존 산소량은 매우 낮아진다.만약 산소가 더욱 부족해지면, 일부 미생물은 산소 없이 유기물을 분해하는 혐기성 분해를 시작한다. 이 과정에서 황화수소와 같은 물질이 발생하여 물에서 썩은 냄새가 나게 된다. 이렇게 용존 산소가 부족한 환경에서는 많은 수생 동물이 살아남기 어려워 생물 다양성이 크게 감소할 수 있다.
7. 3. 수질 오염과 용존 산소
자연 상태의 물(수역)에서 용존 산소량은 산소의 용해량과 소비량에 의해 결정된다. 산소 용해는 주로 대기 중 산소가 수면에 녹아들거나 수중 식물의 광합성을 통해 일어나며, 산소 소비는 주로 수중 생물의 호흡에 의해 발생한다. 특히 부영양화가 진행된 수역에서는 생물량이 증가하여 산소 소비량이 많아진다.생활 하수와 같은 수질 오염원의 유입은 용존 산소량에 큰 영향을 미친다. 생활 하수 등으로 유기물이 다량 유입되면, 이를 분해하려는 미생물이 크게 번식한다. 이 과정에서 미생물은 물속의 산소를 대량으로 소비하게 되고, 이는 생물학적 산소 요구량(BOD)의 증가로 나타난다. 결과적으로 용존 산소량은 급격히 낮아지게 된다. 산소가 부족한 환경에서는 미생물이 혐기적으로 유기물을 분해하면서 황화수소 등이 발생하여 악취의 원인이 되기도 한다. 이러한 낮은 용존 산소 환경은 산소 없이 살 수 없는 많은 수생 동물에게 치명적이며, 생물 다양성을 심각하게 훼손할 수 있다. 심한 경우 빈산소 수괴가 형성되기도 한다.
용존 산소량은 수질 오염의 정도를 판단하는 중요한 지표 중 하나로, 환경 기준이 설정되어 있다. 하천, 호소, 해역 등 각 수역의 유형에 따라 기준치가 다르다. 일반적으로 다른 수질 오염 항목(pH 제외)은 수치가 낮을수록 수질이 좋다고 평가되지만, 용존 산소량은 반대로 수치가 낮을수록 수질이 나빠졌음을 의미한다.
8. 용존 산소와 금속 부식
물속에 설치된 금속 부품이나 배관 등의 부식에는 종종 용존 산소가 관여하는 것으로 알려져 있다.[10] 하지만 용존 산소는 물속 철 제품 등의 부식을 촉진하기도 하고, 특정 조건에서는 반대로 철 제품 표면에 산화 피막을 형성하여 부식을 막는 부동태화를 일으키기도 한다.[11] 이처럼 용존 산소량과 물속 금속 제품의 부식 관계는 복잡하다. 이러한 원리는 한국의 해양 환경, 특히 연안 지역에 설치된 금속 구조물의 부식 문제에도 적용될 수 있으며, 용존 산소량 변화는 구조물의 수명에 영향을 미치는 중요한 요인이 될 수 있다.
물론, 금속 재료의 이온화 경향이나 합금으로서의 성질, 설치 상황 등도 부식에 영향을 미친다. 또한 물의 측면에서도 용존 산소 외에 물의 유속, 용존 이산화 탄소의 양, 미생물의 존재, pH 등 다양한 요소가 부식에 관여한다. 따라서 용존 산소량은 물속에 설치된 금속 제품의 부식에 영향을 미치는 여러 요인 중 하나이다.
참조
[1]
웹사이트
Dissolved Oxygen - Environmental Measurement Systems
http://www.fondriest[...]
2015-10-08
[2]
웹사이트
Environmental Dissolved Oxygen Values Above 100% Air Saturation
https://cdn.ioos.noa[...]
YSI Environmental
2005
[3]
웹사이트
Oxygen saturation monitor
https://www.cardiacs[...]
2015-02-08
[4]
논문
The effect of oxygen concentration on the decomposition of organic materials in soil
1961-07-01
[5]
웹사이트
Dissolved Oxygen and Biochemical Oxygen Demand
https://archive.epa.[...]
United States Environmental Protection Agency (EPA)
2012-03-06
[6]
보고서
Chesapeake Bay Total Maximum Daily Load for Nitrogen, Phosphorus and Sediment
https://www.epa.gov/[...]
EPA
2010-12-29
[7]
논문
溶存酸素量測定の高精度化
https://www.jma.go.j[...]
[8]
간행물
貧酸素水塊の形成および貧酸素の生物影響に関する文献調査
2012
[9]
웹사이트
気象庁 | 海洋内部の知識 溶存酸素量
https://www.data.jma[...]
2023-12-15
[10]
서적
基礎からわかる金属腐食
日刊工業新聞社
2011-02-25
[11]
서적
基礎からわかる金属腐食
日刊工業新聞社
2011-02-25
[12]
웹사이트
대한의협 의학용어 사전
https://www.kmle.co.[...]
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