물의 경도는 자연수에 함유된 용해성 및 불용성 염류, 주로 칼슘과 마그네슘의 양을 나타냅니다. 농도가 높을수록 경도가 높아집니다. 염류가 과다하면 급수 시스템에 스케일이 쌓여 가전제품, 배관 설비 및 유압 장비를 빠르게 손상시킬 수 있습니다.
물의 경도(용존 경수염의 양, 철, 황, 마그네슘, 칼슘 등의 농도)를 정확하게 측정하려면 화학 분석이나 특수 장비를 사용하여 실험실(예: 위생 역학 조사소)에서 검사를 수행합니다. 가정에서는 테스트 스트립이나 측정기를 사용하여 물의 경도를 측정합니다.
일반적인 물은 수소와 산소 원자로만 구성된 것이 아니라 다양한 불순물도 다량 함유하고 있습니다. 이러한 불순물의 존재가 물의 경도를 결정하며, 경도(°Ж)는 이 값이 허용 기준치를 얼마나 초과하는지를 나타냅니다.
물의 경도는 상수도관을 설치하는 엔지니어뿐만 아니라 일상생활을 하는 일반인에게도 중요한 문제입니다. 전기 주전자나 가열 기능이 있는 세탁기를 사용할 때, 물의 경도가 너무 높으면 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 심지어 세제조차 제대로 녹지 않을 가능성이 높습니다.
이 글에서는 수돗물의 경도를 측정하는 방법과 불순물 함량이 높은 경우 이를 해결하는 방법에 대해 자세히 다룹니다.
경수와 연수의 차이점은 무엇일까요?
물속의 염분 함량은 용해된 칼슘과 마그네슘의 존재에 영향을 받습니다. 또한, 지하수에 과량으로 존재하는 경우가 많은 수산화철의 존재는 염분 함량을 크게 증가시킬 수 있습니다.
이러한 불순물이 소량 존재할 경우 "연성"이라고 합니다. 이 지표는 일반적으로 세 가지 범주로 나뉩니다.
- 부드러운.
- 평균.
- 힘든.
부드러운저는 빗물 또는 증류수입니다. 이 물은 미네랄 불순물이 거의 없습니다.
대부분의 경우, 장시간 끓이거나 특수 화학 시약을 첨가하는 과정을 통해서도 얻을 수 있습니다.
평균 — 주로 상수도 시스템뿐만 아니라 샘물과 지하수에서도 발견됩니다.
힘든 이 범주에는 해수, 해양수, 그리고 광물 퇴적물이 풍부한 암석층에서 흘러나오는 물이 포함됩니다. 이러한 물에는 다량의 용해된 염분이 함유될 수 있으며, 염분 함량은 전체 부피의 최대 33%에 달할 수 있습니다.
강성의 여러 유형을 살펴보겠습니다.
이 지표는 일반적으로 다음과 같은 범주로 나뉩니다.
- 상수 - 황산염과 염화물의 함량에 따라 변하지 않는 지표입니다.
- 일시적 경도는 탄산칼슘과 탄산마그네슘의 존재로 인해 발생합니다. 이러한 경도는 끓이면 거의 완전히 중화되기 때문에 이러한 이름이 붙었습니다.
- 총 강성은 상수 지표와 시간 지표를 더하여 얻습니다.
이 지표를 정확하게 측정하기 위해서는 어떤 측정 단위를 사용할 수 있는지 알아야 합니다.
경도의 측정 단위
물의 경도를 정확하게 계산하려면 칼슘 및 마그네슘 양이온의 농도를 측정해야 합니다. 현재 이 지표는 다음과 같은 단위로 측정됩니다.
- Mol/m3 (몰/세제곱미터) – 2014년까지 러시아에서 사용되었던 단위입니다.
- °Ж (경도) – 이 측정 단위는 2014년부터 러시아에서 사용되고 있습니다.
- dH(독일 도)는 유럽 국가에서 사용되는 측정 단위입니다.
- fo (프랑스어 강세) - 유럽 국가에서도 사용됩니다.
- ppm CaCO3(미국도)는 북미 여러 주에서 사용되는 측정 단위입니다.
참고로 우리나라에서는 총 경도를 몰/m³ 단위로 나타내는 표기법이 1952년부터 사용되기 시작했습니다. 그 이전에는 현대 독일식 도 단위와 동일한 도(degree) 단위로 계산했습니다.
러시아는 2014년부터 물의 경도를 도(°J)로 나타내는 국제 표준을 채택했습니다. 1도(°J)는 액체 1리터당 1/2밀리몰에 해당하므로 액체 속 물질의 농도를 쉽게 계산할 수 있습니다.
물 경도의 원인
자연적인 물 순환 과정에서 액체는 수증기로 변하여 대기 상층부로 올라갑니다. 응결된 후에는 강수 형태로 떨어지는데, 이때 물의 경도에 영향을 미치는 불순물은 포함되어 있지 않습니다. 그러나 물이 지각을 통과하면서 칼륨과 마그네슘을 함유한 다양한 암석을 녹입니다. 이러한 원소들을 흡수하면서 물의 경도는 증가합니다. 바닷물은 염화나트륨 농도가 높아 항상 경도가 높습니다.
칼륨 및 마그네슘 이온의 농도를 낮춰야 할 필요가 있는 경우, 다양한 방법을 사용하여 소금 불순물의 양을 줄일 수 있습니다.
뻣뻣함을 없애는 방법
과도한 염분 함량을 줄이기 위해 다음과 같은 방법들이 사용됩니다.
- 끓이는 과정은 일시적 경도를 완전히 제거합니다. 이 과정에서 끓이는 탱크의 바닥과 벽에 다량의 침전물이 생깁니다.
- 화학적으로는 소석회를 사용하여 염분 함량을 줄일 수 있습니다. 소석회에 탄산나트륨을 첨가하면 영구 경도를 제거할 수도 있습니다.
- 물을 연수화하는 간단한 방법 중 하나는 물을 얼리는 것입니다. 물을 연수화하려면 물이 10% 이하이고 얼음이 90%를 차지하는 상태로 얼리면 됩니다. 얼지 않은 액체는 버리고, 얼음은 녹여서 사용합니다.
- 증류 - 모든 염은 비휘발성 물질이므로 먼저 물을 가열하여 수증기로 만든 다음 응축시키면 됩니다.
- 전자기 연수법은 전자기장을 이용하여 액체를 연화시키는 방법입니다. 이 방법은 물 속의 염분을 줄이는 데 가장 일반적으로 사용되며, 보일러 시스템에서 활용됩니다.
- 양이온 교환은 물에서 과도한 염분을 제거하는 매우 효과적인 방법입니다. 이 정화 과정은 물이 양이온 교환 수지층을 통과함으로써 이루어집니다.
제안된 연수 방법들은 모두 이 지표의 높은 수치를 처리할 수 있지만, 화학적 방법은 일반적으로 식수에서 염분을 제거하는 데 사용되지 않습니다.
물의 경도는 수질에 어떤 영향을 미칠까요?
음용수의 경도는 주로 맛에 영향을 미칩니다. 음용수 중 칼슘 이온의 맛 역치는 2~6mg-eq/L입니다. 마그네슘 이온의 맛 역치는 이보다 훨씬 낮기 때문에, 가장 맛이 좋은 음용수는 맛 역치가 1.6~3mg-eq/L인 물로 여겨집니다.
경우에 따라 경도가 최대 10mg-eq/l인 물도 식수로 사용할 수 있지만, 장기간 섭취할 경우 인체 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 경도가 너무 높은 물은 액체 가열 장치에 사용하기에 적합하지 않습니다.전기 주전자, 온수기, 세탁기, 식기세척기에는 모두 발열체가 있는데, 이 발열체에는 쉽게 침전물이 쌓여 가열 효율이 떨어집니다.
전기 히터에 물때가 심하게 쌓인 상태로 장기간 사용하면 과열되어 고장이 날 수 있습니다. 다행히 물때 제거는 간단합니다. 구연산 2봉지를 물 1리터에 녹여 주전자나 다른 온수기를 완전히 끓인 후, 기기를 깨끗이 헹궈내면 됩니다. 그 후 정상적으로 사용하시면 됩니다.
인체 건강에 미치는 영향
경수를 장기간 섭취하면 인체에 심각한 이상을 초래할 수 있으며, 주로 다음과 같은 장기의 기능에 영향을 미칩니다.
- 위장관(GIT) 경수에 함유된 염분이 동물성 지방과 결합하면 지방산염이 형성되어 위와 장벽을 코팅하고 정상적인 발효를 방해하며 연동 운동을 현저히 늦춥니다. 그 결과 유해 물질과 독소가 체내에 축적되어 장내 미생물 불균형을 초래합니다.
- 관절 기능 특정 종류의 염분이 인체에 들어가면 무기물을 형성하여 결국 관절의 활액을 밀어냅니다. 이렇게 밀려난 활액에 결정이 쌓여 관절에 침착되고, 움직일 때 심한 통증을 유발합니다. 경수를 장기간 섭취하면 관절염이나 다발성 관절염으로 이어질 수 있습니다.
- 심혈관계 음용수의 경도가 크게 증가하면 심장 기능이 악화되어 심각한 부정맥까지 발생할 수 있습니다.
- 피부 질환 경수는 피부 노화를 촉진합니다. 이러한 부정적인 영향은 물을 마실 때뿐만 아니라 설거지를 할 때도 나타납니다. 주방 세제가 경수와 접촉하면 막이 형성되는데, 이 막이 피부에 닿으면 표피 상층부에 장기적으로 악영향을 미칩니다.
- 신장 결석 형성 이 주장은 과학적 연구를 통해 반박된 잘못된 속설입니다. 신장 결석 형성 과정은 식수의 수질과는 무관합니다. 신장 결석은 주로 체내 칼슘 부족으로 인해 발생합니다. 칼슘이 부족하면 뼈에서 빠져나와 요로에 침착됩니다.
위에서 언급한 모든 질병과 증상은 다단계 정수 시스템을 사용하면 예방할 수 있습니다. 이러한 장치는 저렴하지만, 다양한 질병을 치료하는 데 드는 비용은 상당히 높을 수 있습니다.
물의 경도를 측정하는 방법
경수가 건강에 미치는 부정적인 영향을 피하고 난방 기기의 수명을 연장하려면 물에 녹아 있는 칼륨과 마그네슘 염의 대략적인 양을 파악해야 합니다. 이는 맛만으로는 판단하기 어려운데, 특정 수치를 초과했을 때만 변화를 감지할 수 있기 때문입니다.
가정에서 칼륨, 마그네슘, 나트륨 수치가 높은지 확인하려면 다음 방법을 사용할 수 있습니다.
- 비누를 물에 녹여 보세요. 거품이 나지 않으면 물이 매우 경수이므로 사용해서는 안 됩니다.
- 주전자나 다른 가전제품에 단기간에 다량의 물때가 생긴다면, 물의 수질이 안전 기준치를 확실히 초과한 것입니다.
- 지시약 스트립을 사용하면 액체 속 염분의 양을 더욱 정확하게 측정할 수 있지만, 이 방법은 약간의 비용이 필요합니다. 테스트 방법은 간단합니다. 지시약 스트립을 물에 몇 초간 담근 후 1분 뒤에 설명서에 제공된 차트와 색깔을 비교하면 됩니다.
결론
음용수, 난방수 및 기타 온수 기기에 사용하는 물의 경도를 아는 것은 매우 중요합니다. 가정에서 계산할 때 정확한 측정 단위를 사용하는 것이 항상 필요한 것은 아닙니다.
반면에 화학 산업 및 기타 첨단 산업에서는 물에 용해된 염분의 양을 밀리그램 단위까지 알아야 하므로, 본 논문에서 제안하는 이 지표에 대한 모든 측정 단위를 사용하여 물 속 염분의 양을 측정하고 필요한 경우 줄일 수 있습니다.
