경도(Hardness)

경도(Hardness)

1. 정의

 경도는 물의 세기 정도를 나타내는 것으로, 물에 용해 되어 있는 금속 2가 양이온(Sr²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺,Ca²⁺, Mn²⁺ 등)에 의해 기인되며, 이에 대응하는 CaCO₃mg/L의 값으로 나타낸다.

2. 종류

㉠ 총 경도: 탄산경도와 비탄산경도의 합을 말한다.
㉡탄산경도(일시경도) 경도유발물질+알칼리도유발물질

• 탄산경도는 간단하게 끓임으로써 제거 가능하므로 일시경도라고도 한다.
• 탄산경도는  Ca²⁺과 Mg²⁺ 등이 탄산염 또는 중탄산염으로 존재할 때 유발되는 경도를 말한다.

㉢비탄산경도 (영구경도) 경도유발물질+산도유발물질

• 비탄산경도는 끓여서도 제거할 수 없기 때문에 영구경도라고도 한다.
• 비탄산경도는 Ca²⁺과 Mg²⁺등이 산화이온(SO₄^2-, NO₃^-,Cl^-, SiO₃^2- 등)과 결합하여 황산염, 질산염, 염화물, 규산염 등을 이루고 있을 때 유발되는 경도를 말한다.

3. 경도에 따른 수질 분류

4. 경수의 영향

• 세탁효과가 저해된다.(거품발생이 적다.)
• 세제를 다량 사용하게 되어 인산염 등이 많이 유출되므로 부영양화의 원인이 된다.
• 보일러, 온수관 등에 스케일을 유발하여 열효율이 저하된다.
• 설사 및 복통을 유발할 수 있다.
• 지하수의 경도가 지표수에 비해 높다.

5. 연수화 방법

 물속의 경도를 제거하여 연수로 전환하기 위하여 자비법, 석회-소다법, 이온교환법,제올라이트법 및 막분리 등의 방법이 이용되고 있다.

6. 경도의 계산

\[경도(HD)=\sum M^{2+}(mg/L)\times\frac{50}{M^{2+}당량}\]

• HD: 경도(mg/L as CaCO₃)
• M²⁺(mg/L): 2가 양이온 금속물질의 각 농도
• M²⁺당량: 경도 유발물질의 각 당량 수(eq)

+플러스

• 총 경도 = 일시경도 + 영구경도
• 알칼리도 < 총 경도: 일시경도 = 알칼리도
• 알칼리도 > 총 경도: 일시경도 = 총 경도

경도와 알칼리도의 관계 

1. 총경도 ≥ 알칼리도(M-Alk)인 경우

 ⓐ 탄산경도(일시경도) = 알칼리도

 ⓑ 비탄산경도(영구경도)는

• (총 경도 - 알칼리도) ≥ 산도인 경우 비탄산경도(영구경도) = 산도
• (총 경도 - 알칼리도) ≤ 산도인 경우 비탄산경도(영구경도) = (총 경도 - 알칼리도)

2. 총경도 ≤ 알칼리도(M-Alk)인 경우

ⓐ 탄산경도(일시경도) = 총경도

ⓑ 비탄산경도(영구경도) = 0

알칼리도(Alkalinity)

알칼리도(Alkalinity)

1. 정의

 수계에서 산을 중화시킬 수 있는 능력을 알칼리도라고 하며, 산 성분을 중화하는 데 필요한 알칼리 성분을 이에 대응하는 CaCO₃mg/L의 값으로 나타낸다.

2. 종류

• 페놀프탈레인 알칼리도(P-Alk)
  최초의 pH에서 pH 8.3까지 주입된 산의 양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 페놀프탈레인 알칼리도라고 한다.(페놀프탈레인 지시약: 분홍색 → 무색)
• 메틸오렌지 알칼리도(M-Alk)
  최초의 pH에서 pH 4.5까지 주입된 산의 양을 CaCO₃mg/L의 양으로 환산한 값을 메틸오렌지 알칼리도라고 한다.(메틸오렌지 지시약: 주황 → 옅은 주황색(노란색)

3. 알칼리도 계산

\[Alkalinity(CaCO_3 mg/L)=\frac{a\cdot N \cdot 50}{V}\]
· a: 소비된 산의 부피(mL)
· N: 산의 농도(eq/L)
· V: 시료의 양(mL)     
· 50: CaCO₃ 당량

4. 특징

• 자연수 중의 알칼리도의 형태는 HCO₃^-(중탄산염)이다.
• 수중의 알칼리도는 폐수와 지질에 의해 기인한다.
•  HCO₃^-가 많은 물을 가열하면 OH-가 생성되어 pH가 높아진다.

5. 수질에 미치는 영향

• 위생상 큰 영향은 없으나 쓴맛을 낸다.
• 알칼리도가 낮은 물은 완충능력이 작고 철에 대한 부식성이 있다.
• 알칼리도가 높은 물은 다른 이온과 반응하여 관내 스케일을 형성할 수 있다.
• 알칼리도는 수계에서 조류 및 수중생물의 성장에 중요한 역할을 한다.

6. 알칼리도의 이용

 알칼리도는 물의 연수화, 화학적 응집, 부식억제, 완충용량의 계산 , 산업폐수의 생물학적 처리 적합성 판단 등에 이용된다.