여과사이클(물리적 여과, 화학적 여과, 생물학적 여과)

여과사이클(물리적 여과, 화학적 여과, 생물학적 여과)

 

여과에는 물리적 여과, 화학적 여과, 생물학적 여과 등이 있다.

여과사이클이라면 주로 생물학적 여과를 말하게 된다.

수조내에서의 생물학적 여과는 주로 질소사이클을 활용하는 여과방식을 말한다.

      

1. 물리적 여과

수조내의 눈에 보이는 부유물을 걸러내는 것을 말한다.

수조내에서 프리필터가 그 역할을 하며 측면여과기도 물리적 여과 효율이 높다.

      

2. 화학적 여과

어항의 물에 녹아 있는 화학성분의 불순물을 제거하는 것이다.

불순물은 분자수준으로 존재하며 일반적으로 극성과 비극성의 두 가지로 구분된다.

물을 활성탄을 통과시켜 비극성 불순물을 제거하는 방법 등을 화학적 여과라고 한다.

해수어항에서 단백질 스키머를 이용해 유기물과 같은 극성 불순물들을 제거하는 것도 화학적 여과의 방법이다.

 

활성탄

민물 아쿠아리움에서는 주로 활성탄이 화학적 여과재로 많이 사용된다.

주로 과립형 활성탄 (GAC : Granular activated carbon)이 많이 사용된다.

과립형 활성탄은 숯을 아주 높은 열과 수증기에 노출시켜서 가열해 만들어 진다.

탄소 덩어리에는 대단히 많은 미세한 기공들이 생기고 이 기공의 작용으로 분자수준의 비극성 불순물을 흡착하거나 이온 교환 방법으로 걸러낸다.

숯을 이용하기도 하는데 기공이 큰 편이다. 가볍고, 물에 넣으면 거품이 나며 물에 뜬다.

활성탄에서 인산염이 우러나올 수 있다는 우려도 있다. 해수어항 중에서 산호어항에는 좋지 않은 영향을 미친다. 좋은 활성탄은 생산시 회분(ash)을 줄이기 위한 제산 처리 공정을 거치게 된다.

회분이 적은 탄소를 사용하면 어항의 산도pH가 뜻하지 않게 변화될 가능성이 낮다. 또한 일반적으로 저 회분 활성탄은 인산염 용해 수준이 낮다. 좋은 활성탄을 사서 이용할 필요가 있다.

인산염이 문제라 판단된다면 활성탄을 몇 주 전에 미리 물에 담궈 놨다가 사용하는 것도 방법이다.

활성탄을 사용하면 미량 원소도 흡착되어 줄어든다. 크게 영향을 미칠 정도는 아니다.

한번 사용한 활성탄은 재생할 수 없다. 가격이 그리 비싸지 않은 편이다.

사용하기 전에는 반드시 씼어야 한다. 운송과정에서 먼지가 쌓일 수 있다.

권장 사용량은 적게 자주 교환하는 것이 좋다. 물 80리터 당 1/2컵 정도의 활성탄을 한 달에 한번 정도 교환 하고 상황에 따라 변경해 가면 된다. 활성탄은 모든 어항에 추천하는 값싸고 효율적이며 아주 우수한 여과 방법이다.

 

제올라이트

제올라이트(zeolite, 沸石)도 화학적 여과제로 사용된다.

이 여과재는 물에서 암모니아를 제거하는데 사용된다.

새로 설치한 수족관에 사용하면 물잡이 기간이 길어진다.

 

단백질 스키머

단백질 스키머(Protein skimmer)는 해수어항에서 사용된다.

산호어항이라면 필수장비로 인식된다. 물에 녹아 있는 유기물이 암모니아로 분해되기 전에 제거하는 역할을 한다.

유기물 분자는 대부분 극성이 있다. 물기둥에 주입된 공기방울의 표면에 유기물이 달라붙는 원리를 이용한다. 마지막으로 생성된 거품은 유기물을 흡착해 검은색을 가지며 걷어내 버리면 된다.

      

3. 생물학적 여과

생물학적 여과의 방식이다.

물잡기의 과정에 대한 이해다.

물고기가 살아 갈 수 있는 물을 만들어 가는 과정이다.

이 과정에 대한 이해 없이 물고기를 키우기 시작한다면 대부분 물고기의 목숨을 잃게 될 수 있으니 주의해서 읽어 보자

 

개요

물고기도 똥 오줌을 싼다. 먹은 음식물을 소화하여 그 찌꺼기를 배설해내고 피부를 통해 오줌과 같은 노폐물을 몸 밖으로 밀어 낸다.

이러한 배설물과 먹다 남은 사료찌꺼기, 시들어 떨어진 수초잎들은 수조내에서 서서히 부패한다. 이때 암모니아(NH3)가 발생한다.

단백질과 유기물을 섭취해 암모니아를 생성하는 박테리아도 있다. 헤테로트로픽 박테리아가 그것이다. 엄청나게 증식력으로 수조의 최초 지배자가 된다.

개울이나 바다와 같이 새로운 물이 들어오는 열린 생태계라면 오염물질이 흘러가 버리거나 엄청나게 많은 물로 희석될 수 있지만 닫힌 생태계인 수조에서는 오염물질은 계속 축적되기만 할 뿐이다. 암모니아는 치명적인 독성을 가지고 있다.

어항내에서 수시간 만에 물고기의 상태를 악화시킬 수도 있다. 결국 어항에서는 이러한 독성물질을 덜 유독한 물질로 정화해야 하고 그러한 과정을 여과 생물학적 여과라고 한다.

질소사이클(nitrogen cycle, nitrification cycle)은 암모니아를 상대적으로 덜 해로운 질산염으로 바꾸는 생물학적 과정이다.

이 과정에서 관여하는 여러 가지 박테리아들을 우리는 여과박테리아 또는 질화박테리아라고 부른다. 특정한 박테리아에 의해 암모니아(NH3)가 아질산염(NO2-)으로 바뀌고 또 다른 박테리아에 의해 아질산염이 질산염(NO3-)으로 바뀌는 과정을 거친다.

어항의 물을 잡는다는 것은 이러한 질소사이클을 수행할 박테리아를 수조내에 안정적으로 증식시키고 유지한다는 의미를 갖는다.

이러한 박테리아는 어디에든 있다. 물속에도 있다. 별도로 주입할 필요가 없다는 의미다. 수족관 가게에서 파는 박테리아제는 없던 박테리아를 넣어 주는 것이 아니라 좀 더 빨리 활성화 되도록 투입해 주는 것이다.

박테리아의 먹이 즉, 암모니아와 아질산염만 있다면 박테리아는 저절로 증식하게 된다. 반대로 별다른 암모니아가 없는 상태에서 시중의 박테리아제를 투입한다면 상당수의 박테리아는 먹이가 없어 사멸할 것이다. 특별한 경우가 없는 한 박테리아제 없이 자연적인 증식방법을 선택하는 것이 좋다.

 

물잡기 고기

일반적으로 새로운 수조에 암모니아를 생성하는 방법은 강한체질의 비싸지 않은 물고기를 한 두 마리 넣는 것이다. 물잡이 고기라고 부른다. 지나치게 많이 넣으면 박테리아 증식이 암모니아 배출량을 따라가지 못해 물고기가 폐사할 수도 있다. 한 마리~두 마리만 넣어야 한다.

이 물고기의 배설물에 의해 암모니아가 발생하고 암모니아를 먹는 박테리아가 증식을 시작하게 된다. 이때 먹이는 주지 않도록 한다. 먹이를 주기 시작하면 암모니아 발생량이 급증하기 때문이다. 1주일 이상 먹이를 먹지 않아도 물고기는 아무런 지장 없이 생활할 수 있다.

주로 민물어항에서는 제브라다니오와같은 강한 물고기가 선택된다.

해수어항에서는 담셀종이 물잡이 고기로 인기 있다.

물론 물잡이 고기 없이도 수조내에서는 자연스럽게 암모니아가 발생한다. 시간은 더디지만 이 방법을 선택하는 아쿠아리스트들도 많이 있다. 물잡이고기 투입을 비인도적 처사로 이해하기 때문이다.

 

암모니아 피크 단계

모든 새로운 수조는 한 번씩 암모니아 피크단계를 맞이하게 된다.

물잡이 고기 탓이든, 자연스러운 방법이든 암모니아가 앞장서 증가하면서 박테리아 증식이 뒤따르기 때문이다.

호기성박테리아의 한 종류인 니트로소머나스가 그 역할을 한다.

이 기간을 1주정도로 생각하면 된다.

 

아질산 단계

박테리아가 암모니아를 소비하기 시작하면 암모니아 수치는 급격하게 떨어진다.

대신 아질산(NO2) 수치가 새롭게 올라가기 시작한다. 암모니아를 소비한 박테리아가 내 놓는 것이 아질산이기 때문이다. 이렇게 만들어진 아질산도 암모니아만큼은 아니지만 허용농도가 넘으면 결국 물고기의 생명을 위협한다.

 

질산염 단계

수직으로 상승하던 아질산은 질산염 생성 박테리아인 니트로박테리아가 증식하면서 다시 꺾이게 된다.

대신 니트로박테리아가 내 놓는 질산염(NO3)의 수치가 올라가게 된다.

질산염은 물고기에게 직접적인 위협이 되지는 못한다.

하지만 지나치게 많은 농도로 축적되면 곤란하므로 물갈이 등을 통해 밖으로 배출해 내는 것이다.

 

최종처리

수초가 무성한 어항은 몇 년 동안 물갈이를 하지 않기도 한다.

질산염은 수초의 성장에 필요한 물질로 수초가 질산염을 흡수해내기 때문이다.

이러한 질소분해과정을 질소사이클 이라고 말한다.

물잡이 기간이 끝나면 암모니아와 아질산은 거의 0에 가깝게 떨어진다.

화학적 변화는 아래와 같다.

각종유기물 – (헤테로트로픽)– NH3 –(니트로소머나스)–> No2 –(니트로박테리아)–> No3

 

소요기간

이러한 질소사이클이 자연적인 호기성박테리아로 진행되려면 수조를 세팅하고 정상적인 여과시스템을 가동한 후 적어도 15일~30일은 필요하게 된다.

생물학적 여과 체계가 완전히 갖추어지는데 필수적으로 소요되는 시간이다. 어항의 온도가 낮으면 오래 걸릴 수 있다. 24도 정도라면 문제없다. 질화박테리아는 다른 박테리아보다 증식속도가 느리다. 개체수가 2배로 증식하는데 좋은 조건에서 15시간 정도 걸린다.

 

사이클 유지

질소사이클이 완성되었다고 해서 많은 물고기를 한꺼번에 넣을 수 있는 것은 아니다.

물고기 한마리가 내 놓는 바이오로드의 양이 있을 것이고 그 바이오로드는 수조내의 질화박테리아가 감당할 수 있는 수준이어야 한다. 그 경계를 넘어서면 물고기들이 폐사하고 많다. 신수조증후군에 빠지는 것이다.

때문에 물고기는 한두 마리씩 며칠간의 시간을 두고 투입하는 것이 좋다.

여과시스템을 강화해 호기성박테리아의 양을 늘리는 것도 방법이다.

★ 자료출처 : 카페아쿠아에서 옮겨온 글임