용존산소량. dissolved oxygen, DO

[참고] 순수한 물의 포화용존산소량. DO

모든 생물들은 성장과 생식을 위한 에너지를 생산하는 물질대사를 지속하기 위해 한 가지 형태 혹은 다른 형태의 산소에 의존한다. 호기성 과정은 free oxygen에 대한 필요성 때문에 DO에 대한 큰 관심이 부여된다.

모든 대기 중의 기체는 어느 정도 물에 용해된다. 질소와 산소는 물에 잘 용해되지 않는 것으로 분류되고 물과 화학적으로 반응하지 않기 때문에 용해도(solubility)는 분압(partial pressure)에 직접적으로 비례한다. 그러므로 헨리의 법칙(Henry’s law)이 주어진 온도에서 포화 상태의 양을 계산하는 데 사용된다. 질소와 산소의 용해도는 온도에 따라 매우 다양하다. 염수에서의 용해도는 일반적으로 더 작다. 분압조건(partial-pressure condition) 하에서 산소보다 질소가 물에 더 잘 용해된다. 포화상태에서 용해된 기체는 molar basis로 약 38%의 산소를 함유하고 정상대기(normal atmosphere)의 약 2배의 산소를 함유한다.

Fresh water에서 대기 중 산소(atmospheric oxygen)의 용해도는 0℃의 14.6 mg/L에서 35℃의 7 mg/L의 범위를 갖는다. 산소는 잘 용해되지 않는 기체이므로 그 용해도는 주어진 온도에서 대기압에 따라 직접적으로 변한다. 그러므로 높은 고도에서는 특별한 주의가 필요하다. 온도가 증가함에 따라 생물학적 산화율(rate of biological oxidation)은 증가하고 산소요구량(oxygen demand)도 증가하기 때문에 고온 조건(high-temperature condition)에서 용존산소는 최저의 용해도를 갖는다. 용존산소결핍과 관계된 임계조건(critical condition)의 대부분은 온도가 높고 산소용해도가 최저인 여름에 일어난다. 이러한 이유로 일반적으로 임계조건(critical conditions)하에서 용존산소의 수준(dissolved oxygen level)을 최고치로 8 mg/L로 생각한다.

낮은 산소의 용해도는 자연수(natural water)의 정화용량(purification capacity)을 제한하는 주요한 요인이고 방류하기 전에 오염물질을 제거하는 처리를 필요하게 한다. 호기성 생물학적 처리과정(aerobic biological treatment process)에서 제한된 산소용해도는 매우 중요하다. 왜냐하면 용해도는 매체에 산소가 흡수되는 비율을 지배하여 폭기(aeration) 비용을 들게 한다.

산소의 용해도는 clean water보다 염류를 포함한 물(salt-containing water)에서 더 작다. 이러한 이유로 주어진 온도에서의 용해도는 물이 하류로 흘러갈수록 낮아진다.

오염된 물에서의 saturation value는 clean water에서보다 작다. clean water에 대한 오염된 물의 saturation value의 비율을 β-value라고 한다. 오염된 물에서의 산소용해속도는 보통 clean water에서보다 낮은데 이 비율을 α-value라고 한다. 하수에서 β-value는 0.8보다 낮고 α-value는 0.4보다 낮다.

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Henry의 법칙 (Henry’s law). 기체의 용해도와 압력 효과

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용존산소량. dissolved oxygen, DO