용존산소
산소를 흡수하고 보유하는 물의 능력은 연못 안 물고기나 기타 생물들 건강에 매우 중요하다.
용존산소(DO)는 물의 건강 정도와 생태계 균형을 보여주는 척도다. DO 측정기는 산소 정도를 파악하는데 있어서 매우 유용할 수 있다.
DO는 PPM(백만분율)으로 측정되며 5PPM정도 수준이면 건강한 수중 생태를 유지할 수 있다. 연못에 에어레이션 장치가 없는 경우, 깊이에 따라 용존산소 수준에 차이가 있을 수 있다는 것을 염두에 둬야한다.
기압, 고도, 염도, 생물학적 산소요구량(BOD), 화학적산소요구량(COD)은 물 안에서 자연적으로 발생하는 산소량에 영향을 미친다. 에어레이션을 통해 추가로 확보될 수 있는 물 속 산소는 온도, 기압, 염도에 영향을 받는다.
차가운 물은 따뜻한 물보다 산소를 더 보유하고, 고도가 높거나 염도 수준이 높은 물은 산소 포화 수준이 줄어든다. 포화수준의 물에서는 수중 식물에 의한 광합성을 통한 산소수준 증가나 직접적인 산소 주입 말고는 산소 농도를 더 올릴 방법은 없다.
수온이 높을수록 보유할 수 있는 용존산소량이 줄어들기 때문에 여름철에 수온이 상승하면 저장할 수 있는 산소가 줄어든다.
연못이나 호수의 물은 공기, 다시 말해 산소와 접촉해야 산소가 물에 용해될 수 있다. 대부분의 물 속 산소는 바람과 광합성 과정으로 공급된다. 바람이 불면 파도가 만들어져 이는 물을 섞어주고, 물의 표면적을 늘려주어 물과 공기가 맞닿는 부분에서 더 많은 산소가 확산되어 들어갈 수 있도록 해준다.
나무, 언덕이나 건물이 바람에 영향을 덜 미치는 넓은 호수에서는 바람이 막힘없이 더 멀리 불고 파도도 더 먼 거리를 이동할 수 있기에 이러한 과정이 잘 이루어진다.
광합성은 식물이 에너지를 생성하는 과정이다. 수중식물은 햇빛과 이산화탄소를 이용해 셀룰로오스 형태의 에너지를 생성하고, 부산물로 산소를 만들어낸다.
하지만 수중식물이 많다고 항상 좋은 것은 아니다. 왜냐하면 낮에는 산소를 만들어내 수중 동물, 곤충그리고 미생물에게 공급하지만, 해가 지고 나면 식물도 산소를 소비하고 식물의 양이 너무 많은 경우 밤과 낮의 용존 산소량이 널뛰기를 하듯이 오르고 내려 산소 부족으로 동식물이 죽게 된다. 동식물이 죽고 나면 부패과정에서 더 많은 산소를 소비하게 되어 가용 산소가 더 줄어드는 악순환이 시작된다.
에어레이터
용존산소 수준이 모든 연못 문제를 해결해 주는 것은 아니지만 연못관리의 시작은 용존산소 수준을 확보하는 것에서 시작한다.
자연적인 작용 만으로 용존 산소를 적정수준으로 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다. 여러가지 장치의 종류와 효율을 알면 선택에 도움이 될 수 있다. 기계적으로 용존 산소 수준을 올려주는 장치를 에어레이터라 한다.
에어레이션 효율
물의 용존산소량을 올리기 위한 에어레이터는 다양하게 존재한다. 미국의 몇몇 제조사들은 표준 조건을 정하고 그 상태에서 효율을 시험했다.
그 중 한군데 제조사가 표준 산소 전달 양(Standard Oxygen Transfer rate, 약자로 SOTR)을 정했다. 이는 가동 후 시간당 전달된 산소량을 킬로그램이나 파운드로 표시한 것이다.
또 다른 표시 단위는 표준은 에어레이션 효율 (Standard Aeration Efficiency, 약자로 SAE)인데, 이는 SOTR을 사용된 전력으로 나눈 것이다. 그 결과는 시간당 마력을 통해 전달된 산소량을 파운드로 표시한 것이다.
SAE를 모든 연못에 단순 적용하기는 힘들다. 물고기 외에 산소를 소비하는 여러 존재가 있기 때문이다. 그렇기에 이 수치는 장치 간의 상대적 비교 수치로 봐 주는 것이 더 현실적이다.
에어레이션 장치
1)분수 형태(SAE 수준: 1.5~2.5)
물을 공중으로 띠워서 떨어뜨림으로써 미학적 시각 효과를 만들어내는 장치다. 매우 다양한 분수가 판매되고 있다.
▲장점
- 설치된 연못이나 장소에 미학적 요소를 가미해 준다
- 어느 정도의 에어레이션 효과를 볼 수 있다
- 에어레이션 측면에서 볼 때, 상대적으로 작고 얕은 물에서 효과를 발휘한다
- 물 속에 원하지 않는 냄새나 가스를 내보내는데 매우 효과적이다
▲단점
- 수심 3m 이상의 물은 끌어 올리기 힘들다
- 미학적 요소에 에너지가 분할되기 때문에 에어레이션 효율은 상대적으로 떨어진다
- 전력선이 물 안까지 들어간다
2)표면 에어레이터(SAE수준: 2.6~3.2)
부유체, 모터 그리고 프로펠러를 사용해 수 표면 물을 튀겨준다. 물을 튀길 때 물의 표면적을 늘려주어 원하지 않는 가스는 배출을 시키고 산소가 물에 흡수될 수 있도록 해 준다.
▲장점
- 작은 연못에서 더 효과적이다
- 산소 전달 수준이 뛰어나다
- 비교적 무게가 가볍고 이동이 용이하다
- 유지 비용이 높지 않다
▲단점
- 수심이 3m 이상일 때는 그다지 효과적이지 않을 수 있다
- 전력선이 물 안까지 들어간다
3)수면 써큘레이터(SAE수준: 1.5~2.5)
수면과 수평 되고 방향성을 가진 모터를 통해 물의 흐름과 교반을 만들어 낸다. 문제가 있는 위치에서 어떠한 방향이든 설치가 가능해 물의 방향뿐 아니라 물 표면이나 바닥을 표적으로 물의 흐름을 만들어 낼 수 있다.
▲장점
- 물의 움직임을 만들어 내는데 매우 뛰어나다
- 물이 얼지 않도록 하는 장치로 활용이 가능해 얼음에 의한 선착장 등의 피해를 줄일수도 있고 얼음에 의한 산소 공급 차단에 의한 물고기 폐사도 막을 수 있다
- 다양한 수심에 설치가 가능해 깊은 수심 물도 섞을 수 있다
▲단점
- 산소 전달 수준은 높지 않을 수 있다
- 전력선이 물 안까지 들어간다
4)디퓨저(SAE수준: 1.0~4.0)
에어레이션 장치는 컴프레서나 블로워를 이용한다. 블로워를 이용할 경우 많은 양의 공기는 불 수 있지만 수심 깊이 전달하기는 힘들다.
상대적으로 생산되는 공기 양이 적은 컴프레서는 매우 깊은 수심까지 공기를 전달할 수 있다.
깊은 수심에서는 컴프레서와 디퓨저 장치를 혼합해 물의 움직임을 만들어 내고 물과 공기 접점을 늘려주어 산소 전달에 매우 효율적일 수 있다. 물에 산소 공급을 함에 있어 가장 효율적인 방식으로 간주된다.
▲장점
- 수심이 깊은 물에서 가장 효율적인 산소 공급 수단이다
- 물 속에 전력선이 들어가지 않는다
- 상대적으로 수표면에서 눈에 잘 띄지 않는다
- 컴프레서를 물에서 떨어진 위치에 설치가 가능하다
- 크고 넓은 연못이나 호수에서 경제적이다
- 연중 내내 가동이 가능하고 겨울철 얼음으로 인한 산소공급 중단으로 물고기가 집단폐사하는 것을 막을 수 있다
▲단점
- 이동이 용이하지 않을 수 있다
- 물이 얕을 경우 효율적이지 않을 수 있다
5)수차 (SAE 수준: 2.5~4.0)
샤프트에 패들을 달아서 회전시키는 방식이다. 패들이 물 속을 들락날락하면서 수면을 튀긴다.
물을 움직이는 작용을 할 때 샤프트와 베어링에 균형을 잡기 힘들어 기어박스의 고장이 잦아 기술 개발이 더 필요한 상황이다.
▲장점
- 수면 에어레이터로 매우 효율적이다
- 에어레이션과 방향 적 흐름을 동시에 만들어 낼 수 있다
▲단점
- 수심이 깊을 경우 효율이 떨어진다
- 장치 크기가 주로 크고 이동이 어렵다
- 소음이 심하고, 고장이 잦다
6)에스파레이터 공기 주입장치(SAE수준 1.8~2.3)
물 위에 모터가 있고, 연장된 샤프트나 프로펠러가 있으며 공기를 빨아들이는 튜브가 있다. 공기 주입부의 각도를 조절할 수 있도록 되어 있기도 하다.
▲장점
- 방향성을 가지고 작은 지역의 문제를 해결할 수 있다
- 각도 조절을 통해 상대적으로 깊은 수심에서도 물의 움직임을 만들어 낼 수 있다
▲단점
- 산소전달 능력은 다른 장치에 비해 떨어진다
- 노즐이나 연장된 샤프트 구조적 고장이 잦다
7)펌프 이용한 계단식 계류 장치(SAE수준은 상황에 따라 변화가 큼)
자연 상태의 물의 흐름을 본 따서 만든 형태이다. 산소 공급을 늘리기 위해서는 단순히 물을 펌핑을 통해 흐르게만 해서는 안되고 중간에 물이 튀기는 작용이 있도록 해 주어야 효율적이다.
▲장점
- 자연스러운 형태의 에어레이션 동작이다
▲단점
- 에어레이션 관점에서 볼 때 에너지 효율이 많이 떨어질 수 있다
용존 산소를 적정 수준으로 유지해 주는 것이 모든 연못 문제 (동식물 폐사, 녹조, 악취 등)를 해결하는 만병 치료제는 아닐 수 있지만, 건강한 물을 만드는 가장 기초중의 기초인 것은 분명하다.
