ppm=parts per million(백만분율) 1 급수란? PH: 6.5~8.5 BOD(mg/L): 1 이하 SS(부유물질량.mg/L): 25 이하 DO: 7.5 이상 |
F/M(Food-to-Microorganism) |
미생물에 의한 유기물의 분해 섭취는 미생물의 증가를 초래하므로 양분의 공급과 수조 內 미생물량 사이에 알맞는 평형을 유지하여야 하는데 이 관계를 F/M비라 한다. 물고기 키우기의 가장 근간이 되는 이론으로서 유기물량과 미생물량의 valance를 파괴하지 않는 방법을 택하여야 수생생물이 수질악화로 인하여 사망하는 경우를 방지할 수 있는 것이다. 완전물갈이( 여과재료를 수돗물로 완벽하게 세척하여 미생물을 사멸시키는 행위)는 자제하여야 하는 이유가 바로 여기에 있다. 완전물갈이를 실시하고 며칠 후 수조수가 혼탁해 지는 것을 경험하였을 것이다. 그 이유는 자명하다. 유기물을 분해할 수 있는 미생물이 존재하고 있지 않기 때문이다. |
DO(Disolved Oxygen).용존산소 |
수중에는 대기중으로부터 전달된 산소,조류의 광합성에 의한 산소, 미생물 또는 유기물질 등에 구성되어 있는 결합상태의 산소가 있다. DO는 수중에 용해되어있는 산소를 말하며, 수중에 염류의 농도가 증가할수록 온도가 높을수록 DO포화도는 감소한다. 이때 DO는 수중생물의 생육과 밀접한 관계가 있으며, BOD 증가로 급속하게 감소될 때가 있다. 20℃에서 흐르는 물의 DO는 약 9PPM정도(포화량) 용해되어 있으며 어류가 살수 있는 DO의 최저량은 5PPM정도이다. DO농도 2PPM이하면 악취가 발생하기 시작한다. * 물을 가열하였다가 식힌 물로 환수하는 경우가 있는 데 물고기는 용존산소 고갈로 당연히 사망한다. * 용존산소량의 부족으로 인하여 물고기의 아가미는 충혈되어 있으며, 전체적으로 빨간색을 나타내고 아기미의 혈관이 확장하여 새박판의 호흡상피에는 부종(edema)이 나타난다.
온도 ℃ |
0 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
포화 DO(ppm) |
14.62 |
10.07 |
9.17 |
8.24 |
7.63 |
6.93 |
6.41 | |
수중의 용존가스 |
수중에 용존하고 있는 주요기체로는 산소(O2), 질소(N2), 탄산가스(CO2)의 3종류로, 산소량과 탄산가스량은 어류의 호흡작용과 밀접하게 관계하고 있다. 용존산소(DO)량은 수온이나 기압 외에도 수중의 총생산물(호흡, 탄소동화작용)이나 사체량 (특히 박테리아.조류.어류사체)등의 여러 요인에 의해 크게 변동한다. 호흡에 필요한 산소량은 생물에 따라서 달라, 冷水漁는 6~8ppm, 溫水漁는 5ppm이상이 필요하다. 수조의 탄산가스는 주로 사료 중의 유기물에서 유래하며, 수중의 탄산가스분압이 높으면 혈중의 헤모글로빈에서 탄산가스가 해리되지 않아, 수중의 용존산소량이 충분하여도 어패류는 호흡곤란을 일으킬 수 있다. * 공기장치를 하지 않은 일부수조에서 호흡곤란에 빠진 어류가 表層水(대기와 접하여 적은 량이나마 산소가 많다)에서 호흡을 하기 위하여 수면에 부상하는 현상을 입올림(surfacing)이라고 부른다. 이 원인으로서는 탄산가스의 증가, 용존산소량의 저하 및 결핍 등의 수질악화 외에도, 어체의 빈혈성 산소결핍, 울혈성 산소결핍, 조직중독성 산소결핍 등의 장해 등 여러 가지가 있다. * 일반적으로 잉어나 금붕어의 최적사육 온도에 약간의 오해가 있는 듯 한데 최적수온은 23~26℃이다. * 약욕 중에는 특히 산소소비량이 증가하기 때문에 공기량을 강하게 조작하여야 한다. * 과다한 질산염은 어류에게 청백증( methemoglobinemia)의 원인이 되므로 주기적으로 물갈이를 실시하여 야 한다. |
PH(Potential of hydronium.수소이온농도) |
수소지수로서 나타낸다. 용액 1ℓ 속에 존재하는 수소이온의 그램이온수를 의미하며, pH라는 기호로 표시한다. 보통 1ℓ의 용액 속에 있는 수소이온의 그램이온수의 역수(逆數)의 상용로그를 취한다. 순수한 물일 경우 1기압 25℃에서 수소이온 H+의 농도가 약 10-7그램이온인 점을 기준으로 해서 pH=log 1/[H+]=7을 중성, pH가 7보다 작을 때 이 용액은 산성이며, pH가 7보다 클 때에는 알칼성이라고 한다. 물고기가 살고 있는 담수(淡水.민물)의 pH는 6.7∼8.6이다. 수소 이온 농도 계산식은 대수식이 아닌 지수식이므로 어느 정도 물을 환수하여 주어도 PH는 급변하지 않는다. 그러나 100% 환수 시 PH는 아래 표와 같이 PH가 2 즉 수소이온농도가 100 배 차이가 나므로 PH Shock가 일어날 수 있다. 그러므로 물갈이 시에는 30~50% 정도 환수하는 것이 수질 안정화에 도움이 된다. * 결론적으로 50% 물갈이 최대변화 PH는 0.5이다. * PH shock: 물고기의 표피나 아가미 점액의 분비작용이 항진하여 두터운 점액 등으로 덮이게 된다. 각막은 백탁하고 소화관 상피의 괴사가 일어난다. 산성 shock: 점액이 이상적으로 분비되는데, 이는 점액이 산성 다당류로 구성되어 있어 이것이 산에 의 해 응고되기 때문이다. 알카리 shock: 점액이 용해되어 조직이 문드러진다.
원수(어항물 PH:.5.5기준) |
환수(수돗물PH: 7.5) |
최종 PH |
0 |
1 |
7.5 |
0.091 |
0.909 |
7.0 |
0.1 |
0.9 |
6.93 |
0.17 |
0.83 |
6.5 |
0.2 |
0.8 |
6.39 |
0.3 |
0.7 |
6.13 |
0.4 |
0.6 |
5.97 |
0.5 |
0.5 |
5.85 |
0.6 |
0.4 |
5.75 |
0.7 |
0.3 |
5.67 |
0.8 |
0.2 |
5.61 |
0.9 |
0.1 |
5.55 |
1 |
0 |
5.5 | |
질산화(Nitrification) |
유기물의 질산화(Nitrification) 및 탈질화(Denitrification) |
암모니아성 질소가 호기성 조건에서 질산화 미생물에 의해 아질산성 질소를 거쳐 질산성 질소로 변화하는 과정으로, 독립영양미생물에 의해 일어나며 성장속도가 느려 반응에 긴 시간 필요하다 2NH3 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O(Nitrosomonas) 2NO2- + O2 → 2NO3-(Nitrobacter) 질산화 과정에서는 NH3 → NO2-의 반응보다 NO2- →NO3-의 반응이 산소요구가 작고, Nitrosomonas가 환경변화에 민감해 NO2-가 일단 생성되면 쉽게 NO3-로 산화되기 때문에 일반적으로 수중에는 NO2-보다 NO3-가 높은 농도로 존재한다. 질산화 반응의 영향인자 중 온도는 질산화 미생물의 성장 가능온도 4∼50℃범위이며 질산화 반응에 관여하는 미생물의 최적 pH는 7.5∼8.6이며, 질산화 반응과정에서 알칼리도가 소비되므로 반응조 내 알칼리도는 최저 50mg/ℓ이상으로 유지해야 한다. 또한 용존산소 0.5mg/ℓ이하에서는 질산화율이 현저하게 감소한다. 탈질화(Denitrification) 혐기성 상태에서 미생물이 호흡을 하기 위하여 질산성 질소를 환원시키는 과정으로 질산화의 반대과정으로 고도처리 과정에서 질소제거의 중요한 기작이다. 2NO3- + 5H2 → N2 + 2OH- + 4H2O 관여미생물로는 Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus, Achromobacter가 있으며 탈질반응의 영향인자 중 온도범위는 4∼50℃이고 적정 pH는 7∼8범위, 용존산소 존재 시는 산화질소에 비해 산소호흡이 선호되므로 용존산소가 0.5mg/ℓ이상되면 탈질화 과정을 방해한다. |
수중의 암모니아와 암모늄의 평형 관계 |
기-액상 조성사이, 즉 기-액 계면 간의 평형을 PH와 온도에 크게 영향을 받는다. 암모니아는 그 대표적인 예이며 수중에서 NH3+H2O ⇔NH+4+OH-와 같이 평형을 이룬다. 지금 수온 25℃에서 NH3의 해리정수 Kb= 1.8×10-5일때 NH3의 백분율은 다음과 같다. H2O의 이온적 Kw = 10-14 (20℃,Kb=1.710×10-5 )
PH |
암모니아(%) |
암모늄(%) |
5.5 |
0.0175 |
99.9825 |
6.0 |
0.055 |
99.94 |
6.5 |
0.175 |
99.825 |
7.0 |
0.552 |
99.44 |
7.5 |
1.726 |
98.27 |
9.25 |
50 |
50 |
나머지는 암모늄 이온 형태로 수중에 존재하고 있으므로, 수질 측정시 암모니아가 무검출되지 않는한 PH의 변화에 따라 상당한 위험을 초래할 수도 있다.
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어항에서의 질소의 순환(Nitrogen Cycle of Aquarium) |
어항에서의 물질순환 중 가장 중요한 비중을 차지하고 있는 질소의 질산화에 대하여 간략하게나마 알아보도록 하겠다. 질산화(Nitrification)란 질소화합물(단백질, 아미노산)이 질산화 과정을 거쳐서 최종 산물인 질산으로 산화되는 과정을 말한다. 여기에 관여하는 질산화 박테리아(Nitrosomonas, Nitrobacter)는 영양소를 무기탄소에서 얻는 독립영양미생물이다.
단백질
아미노산
NH3-N
NO2-N
NO3-N Nitrosomonas Nitrobacter (질산화 박테리아) 즉, NH3-N이 호기성조건에서 Nitrosomonas작용에 의하여 NO2-N로 되고 다시Nitrobacter에 의해서 NO3-N로 변화된다. 이것을 2개의 과정으로 구분될 수 있다. Nitrosomonas 2NH3 + 3O2
2NO2- + 2H+ +2H2O Nitrobacter 2NO2-+02
2NO3- 상기 반응식에서 보면 암모니아에서 아질산으로 되는 것보다 아질산에서 질산으로의 진행이 용이하다. 그 이유는 NH3-N에서 NO2-N로 되기 위해서는 3개의 산소원자가 요구되나 NO2-N에서 NO3-N로 되는데는 1개의 산소원자가 소요되기 때문이다. 또한 Nitrosomonas는 Nitrobacter보다 환경조건에 매우 민감하고 일단 NO2가 생성되면 쉽게 NO3로 산화된다. 물고기로부터 배설된 尿나 糞에 함유되어 있는 질소화합물은 이미 암모니아態로 되어 있는 것도 있으나, 세균의 분해작용에 의해 거의 대부분이 암모니아태 질소로 된다. 암모니아는 PH가 중성 또는 알카리성이 되면, 이온상태에서 해리되는 비율이 PH에 비례하여 높아져 물고기에 해를 끼친다. 따라서 같은 농도라 하더라도 PH에 따라 그 독성은 달라진다. 암모니아는 질화세균에 의해 아질산, 질산으로 산화되면 물의 PH는 반대로 저하된다. PH의 저하는 물에 함유되어 있는 알카리성 물질량의 과다에 의해 중화의 비율이 달라져 PH에 반영된다. 질산은 유기물을 영양원으로 하는 세균류에서 용존산소를 대신하여 질산을 구성하고 있는 산소가 호흡용 산소로서 소비되면, 질소는 분자상의 가스(N2)와 산화질소(N2O)로 되어서 대기중에 방출된다. 이와같이 해서 질소화합물은 제거되고 동시에 유기물을 구성하고 있는 탄소나 수소는, 산소화합물의 이산화탄소(탄산가스)나 물로 되어 무해화된다. 암모니아나 아질산이 검출되는 어항의 고기는 호흡이 빨라지고, 아가미가 벌어져 있으며, 혈액에 산소가 공급되지 않아 정상적인 유영을 못하고 사망한다. 또한 피부나 아가미의 부식이 일어나고, 점액이 과다분비되며 , 손상된 피부에 병원균이 침투되어 질병이 발생한다. 이와 같이 어항에서는 질산화박테리아의 번식이 가장 급선무라고 할 수 있다. ∴ 미생물이 번식할수 있는 공간을 최대한 마련하여 주기 위해서는 모래나 솜으로서는 그 역할을 제대로 수행할 수 없으므로, 표면적을 최대로 극대화시킨 여과재를 추가 투입하여야 한다.
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사료와 암모니아 농도 |
일반적으로 수조에서 가장 중요한 변수를 꼽는다면 역시 암모니아, 암모늄, 아질산, 질산, PH, DO, BOD 또는 COD, 경도수치일 것입니다. 담수의 암모니아의 안전범위농도는 0.02mg/L 아질산은 0.1mg/L(물론 수조에서 암모니아 농도와 아질산 농도는 검출되어서는 안 됩니다.) *상식: 방어, 연어, 고등어의 살색은 빨간 색깔을 나타내고 가자미, 넙치류 등의 저서어는 하얀 색깔을 나타낸다. 근육색깔은 혈액 중에 마이오글로빈량의 많고 적음에 따라 달라지는데 활발한 운동을 하는 어류는 근육에 많은 산소량이 필요하므로 마이오글로빈양이 많고 저서생물은 운동하는 시간이 짧아 마이오글로빈양이 적기 때문이다.마이오글로빈의 역할은 헤모글로빈이 운반한 산소를 받아 근육 중에 저장하거나 필요한 때에 방출하는 역할을 담당한다. 수생생물의 사망원인은 수질악화와 독성물질(살충제 등) 그리고 질병으로 기인합니다. 수질악화를 방지하려면 적당한 여과장치와 미생물이 번식할 수 있는 여과재료를 수조에 장치하면 간단하게 해결됩니다. 여과기와 여과재료도 여러 종류가 있지만 아무리 최선의 여과기와 여과재료를 선택하셨다 하더라도 먹이급여( 최소한 먹이 급여는 한 분이 담당하여야 합니다. 갑자기 과다한 먹이가 투여되면 일순간에 미생물은 번식할 수가 없기 때문에 뿌연 물을 감상하실 겁니다.)에 문제가 있다면 최상의 수질을 견지할 수 없습니다. 일반적으로 처음 수조를 설치하고 며칠간 사료 공급을 중단하는 것이 정설로 되어 있습니다. 그러나 언제까지 사료급여를 중단할 수는 없는 것이고 미생물도 번식이 되어야 하기 때문에 적당한 먹이급여를 하시는 것이 좋을 듯 합니다. Food chain의 가장 중요한 부분을 담당하고 있는 미생물의 영양원이 고갈되어 있다면 미생물은 미비한 부분으로 남게 됩니다. 그러면 어느 정도의 사료급여를 해도 물고기에게 지장을 초래하지 않을 수 있을지... 문제는 원하건 원하지 않건 암모니아는 발생한다는 것입니다. 암모니아는 어류의 아가미를 통하여 분변 그리고 사료로부터 발생하기 때문에 암모니아는 일종의 어항의 필수품입니다. 아질산은 암모늄에서 유래하고, 질산은 아질산에서 유래합니다. 사료의 단백질량과 체내흡수율을 고려하여 산수적으로 암모니아량을 계산할 수 있습니다. 다음과 같은 조건하에서 조건; ① 5일간은 질산화 박테리아가 존재하지 않는다. 질산화 박테리아가 존재하지 않으면 아질산과 질산은 검출되지 않는다 ② 수조의 물량은 2자를 기준으로 한다. 수조물량; 약 72L ( 2자 수조는 size=60×30×45 ) ③ 매일 1g의 사료를 투입한다. 5일간투여량; 5g ④ 사료의 단백질량을 40%로 가정한다. 대표 아미노산은 글리신( C2H5O2N)으로 한다. ⑤ 체내흡수율을 25%로 본다 C2H5O2N + 3/2O2
2CO2 + H2O +NH3 분자량 75g 48g 17g 5×0.4×0.75=1.5g 0.34g (암모니아+암모늄)= 0.34×103mg/72L=4.7mg/L= 4.7 ppm PH=7 일 경우 암모니아는 0.026ppm 암모늄은 4.67ppm BOD는 13.3ppm * 암모니아 수치를 줄이는 방법; ① 수조용량이 2배로 되면 수치는 1/2로 감소한다. ② 사료량을 1/2로 줄이면 수치도 1/2로 감소한다. ③ PH를 낮추면 수치가 감소한다.
PH |
암모니아(mg/L) |
암모늄(mg/L) |
5.5 |
0.0008 |
4.699 |
6.0 |
0.0026 |
4.697 |
6.5 |
0.0082 |
4.692 |
7.0 |
0.0259 |
4.674 |
7.5 |
0.0811 |
4.619 |
9.25 |
2.35 |
2.35 |
PH수치에 따라 암모니아량은 상기 도표와 같은 변화가 있다. 따라서 PH값에 따라 치명적인 수치가 될 수도 있다는 것입니다. 적당하게 사료량을 조절하시면 큰 낭패를 면할 수 있습니다. 참고; TETRA. FRITZ측정기에서 총암모니아 치사농도가 약 5ppm 이상으로 표시되어 있습니다. PH가 중성이면 암모니아 농도는 0.0276 mg/L PH가 7.5이면 암모니아 농도는 0.0863mg/L가 됩니다. 결과적으로 PH가 높으면 치명타가 될 수 있습니다. 결론적으로 암모니아는 수조에서 검출되어서는 아니 됩니다.
* 소극적인 대처방법 1. 사료량을 줄인다 2. 매일 물갈이를 한다. 3. 물고기의 마리수를 줄인다. * 적극(근본)적인 대처방법 1. Live stone, rock 및 여러 여과재료와 미생물을 투여한다.
2. 암모늄을 zeolite로 이온교환한다. 3. PH를 낮춘다. |
광합성 |
주로 녹색식물에 의한 광합성을 의미하며 식물이 햇빛과 CO2 및 질소와 인 등의 무기영양염류를 이용하여 유기물을 합성하는 과정이고 광합성에 요구되는 C,N,P의 적정비는 C:N :P = 100:16:1(원자비)이다. 화학식은 CO2 + H2O + 빛에너지 → (CH2O) + O2 + H2O 이다. 조류의 광합성이 왕성하면 용존산소가 과포화되고 CO2소비로 인해 pH증가한다. CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2H+ + CO32- (광합성이 진행되면 CO2 소비에 의한 역반응이 진행되어 pH증가)
|
CO2量 |
광합성 다른 말로 표현하면 탄소동화작용에 필수적인 요소는 光, 물, 비료 그리고 이산화탄소이다. 수족관에서 판매되는 저압용기와 고압용기의 용기당 질량, 기압, g당 단가표는 하단의 표와 같다.
|
용적 |
질량 |
기압 |
단가(용기당) |
단가(g당) |
TETRA |
0.65 L |
11g |
8.62 |
약 10000원(?) |
1091원/g |
가정용고압 |
약 4 L |
353.57g |
약 45 |
약 15000원(?) |
42원/g |
수족관용고압 |
약 37.68 L |
5181g |
약 70 |
|
| |
BOD(Biochemical Oxygen Demand) |
BOD란 일반적으로 수중 미생물이 용존산소(DO)가 있는 조건(호기성 상태)하에서 호기성미생물 (aerobic micro organism)이 증식 또는 호흡작용에 의해 유기물을 분해하여 안정화 시키는데 요구되는 산소량으로 수중 유기물의 함량을 간접적으로 나타내는 방법이다.보통 ppm(parts per million)단위로 표시되며 BOD가 높으면 유기물의 오염도가 높음을 의미한다
|
해수비중 |
표준비중; 1.021 해염비중; 1.735 * 비중이 기준보다 높을 때 물 보충량과 낮을 때 해염 추가량은 하단과 같다.
비중 |
수량(L) |
비중차이 |
보충물량(L) |
1.0215 |
100 |
0.0005 |
2.38095 |
1.022 |
100 |
0.001 |
4.76190 |
1.0225 |
100 |
0.0015 |
7.14286 |
1.023 |
100 |
0.002 |
9.52381 |
1.0235 |
100 |
0.0025 |
11.90765 |
1.024 |
100 |
0.003 |
14.28571 |
1.0245 |
100 |
0.0035 |
16.66667 |
1.025 |
100 |
0.004 |
19.04762 |
1.0255 |
100 |
0.0045 |
21.42857 |
1.026 |
100 |
0.005 |
23.80952 |
비중 |
수량(L) |
소금량(kg) |
보충해염량(g) |
1.021 |
100 |
2.8571 |
0 |
1.020 |
100 |
2.7211 |
136.01157 |
1.019 |
100 |
2.5850 |
272.06599 |
1.018 |
100 |
2.4490 |
408.120401 |
1.017 |
100 |
2.3129 |
544.17483 |
1.022 |
100 |
2.9932 |
-136.09728 |
|