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경도 (Total, Ca & Mg)
경도란 무엇일까요?
경도는 물의 비누를 소비하는 용량으로 측정할 수 있습니다. 이 용어는 물에서 옷을 세척할 때 얼마나 어려운지에 대한 표현에서 비롯되었습니다. 경수에서 비누를 섞으면, 미네랄이 비누와 결합하여 고체의 침전물을 형성합니다. 이는 비누의 세척 효율성을 떨어뜨리고, 비누거품을 형성합니다. 더욱 많은 비누가 추가되면, 미네랄이 고갈될 때까지 고형물이 생성됩니다. 미네랄이 더이상 존재하지 않을 때, 비누는 거품을 생성하고, 세척 도구로서 역할을 하게 됩니다.
물의 경도는 일반적으로 물의 칼슘과 마그네슘 이온의 농도를 의미합니다.
비누와 침전되는 미네랄은 칼슘, 마그네슘, 철, 망간, 아연 등 다원 금속의 양이온으로 표현됩니다. 자연수의 칼슘과 마그네슘은 일반적으로 다원자가 양이온을 초과합니다. 그러므로 경도는 일반적으로 물 속의 칼슘과 마그네슘 이온의 농도에 의해 결정됩니다.
탄산염 및 비탄산염 경도
경도는 탄산염 및 비탄산염 경도로 분류될 수 있습니다. 탄산염 경도는칼슘과 중탄산 마그네슘을 말합니다. 때로는 끓여서 제거하거나 낮출 수 있기 때문에 일시적 경도라고도 합니다. 이러한 중탄산염은 가열되면, 고체 탄산염 형태로 침전됩니다. 이는 일반적으로 온수기와 보일러 내 스케일 형성의 주요 원인이 됩니다.
비탄산염 경도는 주로 칼슘과 질산 마그네슘, 염화물 및 황산염에 의해 야기됩니다. 비탄산염 경도는 영구 경도라고도 합니다.
알칼리도와 경도의 관계
탄산염과 비탄산염 경도의 양은 알칼리도를 측정함에 따라 알 수 있습니다. 만약 알칼리도가 경도보다 크거나 같으면, 모든 경도는 탄산염입니다. 초과 경도는 비탄산염 경도입니다.
미국에서 경도는 일반적으로 CaCO3로써 mg/L 또는 GaCO3로써 gpg(grain per gallon)으로 보고됩니다. 왜냐하면 알칼리도는 CaCO3로 보고되기 때문에, 두 테스트의 결과가 직접적으로 비교될 수 있기 때문입니다. 총 경도는 물 내에 존재하는 칼슘 및 마그네슘의 모든 탄산염 및 비탄산염의 합을 말합니다.
경도를 측정해야 하는 이유
일반적으로 경도는 주로 칼슘 및 마그네슘 염으로 구성되어 있는 고형 침전물을 형성하고, 설비를 손상시킬 수 있습니다. 반대로 경도가 낮은 물은 부식을 일으킵니다. 그러므로 공정에 사용하는 물 내의 경도의 수준을 측정하고 아는 것은 중요합니다. 이는 곧 스케일링과 부식 사이의 섬세한 균형을 유지하는 데 기여할 수 있습니다.
경도는 몇몇 수질 분야에서 받아들여질 수 있지만 그것을 제외하고는 스케일링을 막아 설비 손상을 예방하기 위하여 경도0을 요구합니다. 그러므로 경도를 제거하기 위해서는 종종 강수나 이온교환에 의한 물 연화가 필요합니다. 이러한 과정을 최적화하기 위해서 총 경도와 함께 칼슘과 마그네슘 수준을 분리해 모니터링하는 것이 중요합니다.
게다가 마그네슘은 질소, 암모니아-살리실레이트 방법과 같이 다른 수질 검사를 방해할 수 있습니다. 이러한 항목에 대해 더 자세히 알아보려면, 암모니아 질소 페이지를 방문해보세요.
하크(Hach)는 특정 분야에서 물의 경도를 정확하게 모니터링하고 관리할 수 있는 검사 장비, 자원, 교육 및 소프트웨어를 제공하고 있습니다.
경도 측정을 위한 제품 특징
SL1000 Portable Parallel Analyzer™ (PPA) : 휴대용 동시 다항목 분석기
하크(Hach) 휴대용 다항목 측정기 SL1000은 수동 과정을 반으로 줄여 같은 실험도 더욱 편리하게 수행할 수 있도록 도와줍니다.
자세히 보기하크(Hach)의 디지털 적정계는 고성능의 주입 기능을 갖추고 있으며, 교체가능한 적정 카트리지로 실험실 또는 현장에서 매우 정확한 결과를 제공합니다.
자세히 보기AT1000 Titration Bundle, Total Hardness, Ca & Mg (ISE)
하나의 패키지로 경도(Ca &Mg) 적정에 대한 요구조건을 만족할 수 있는 모든 것을 제공합니다.
자세히 보기
경도 모니터링이 요구되는 공정
식수 산업
공급 시스템을 통해 분배되는 최종 물의 경도가 과도하면 스케일링을 유발할 수 있습니다. 만약 물이 너무 연하다면, 파이프의 부식을 야기할 수 있습니다. 따라서 납 및 구리를 침출할 경우 납 및 구리 규정(LCR)을 위반할 수 있습니다.
폐수
슬러지 소화 중에는 경도를 모니터링하여 효율을 최적화합니다. 활성 슬러지에 의한 비누 생분해 및 산소 흡수는 높은 경도 농도의 영향을 받습니다.
수영장 및 휴양시설의 물 점검
물이 너무 "단단"하면 스케일링과 탄산칼슘 침전을 유발합니다. "부드러운" 물은 수영장 안에 있는 파이프와 풀장의 표면을 부식시킵니다. 이는 칼슘 및 다른 광물질을 많이 포함하고 있기 때문입니다.
발전 산업
물의 경도는 온수기 및 보일러 튜브의 스케일링을 유발할 수 있습니다. 그러므로, 경도를 야기하는 모든 염분을 제거하고 모니터링하는 것이 중요합니다.
화학 제조 산업
들어오는 물의 미네랄 함유랑을 모니터링하는 것은 제품 생산에 영향을 끼치는 수질과 감각적인 요소를 조정하기 위하여 필요합니다. 역 삼투압 시스템의 부하를 평가하고, 스케일링을 방지하기 위하여 물을 부드럽게 하는 시스템의 성능을 모니터링하십시오. 보일러 및 냉각수(응축기를 떠난)의 지속적인 모니터링은 파이프, 콘덴서, 건조기 등에 시간에 걸쳐 스케일링이 발생하는 경도의 변동성을 감지하는 데 도움이 됩니다. 이것은 작업자가 경도 수준을 관리하여, 작동 중단으로 인한 피해 및 비용 손실을 막을 수 있습니다.
식품 제조 산업
보일러 및 냉각탑에 공급되는 물을 최적화하려면 총 경도를 관리하고 모니터링하십시오. 이는 화학물질의 사용을 최소화하며, 부식/스케일링 등을 막고, 플랜트 설비를 보호할 수 있습니다.
광업
물은 금속 및 채굴 작업에 필수적이지만, 추출 또는 가공 현장 근처의 유일한 물 소비자는 결코 아닙니다. 광업 업체는 원천수를 모니터링하고 처리함으로써 자체 품질 기준을 충족할 뿐만 아니라 지역 사회, 농업 자원 및 야생 생태계의 건강에도 기여할 수 있습니다. 지하수 또는 강수, 해양 또는 호수, 하천, 하천, 상업 또는지자체 공급을 통해 얻어진 광산에 사용되는 물은 전체 지역의 물 순환과 상호 연결되어 있습니다.
펄프 및 제지 산업
물 속의 총 경도를 모니터링하면, 플랜트 내 부식 및/또는 스케일링으로부터 보호할 수 있습니다. 일반적으로 높은 경도는 제품의 질에 영향을 미칩니다.
음료 산업
음료를 생산하는 데 사용되는 물의 경도는 유기물질에 영향을 끼칩니다.
물의 경도 측정방법
적정법
일반적으로 경도는 EDTA 솔루션을 이용해 색도 적정법에 의해 측정됩니다. 적정에는 물 샘플의 색이 변하기 전까지 물 샘플에지시약과 적정용액을 조금씩 첨가하는 작업이 포함됩니다. 총 경도 측정을 위하여 샘플을 적정할 수 있습니다. 뷰렛 또는 물 경도 테스트 키트를 이용하면 됩니다. 칼슘 경도와 마그네슘 경도를 분리해 측정할 수도 있습니다. pH를 조정하거나 다른 지시계를 사용하면 됩니다.
낙하 횟수 테스트 키트
이 경도 테스트는 샘플에 점적기를 이용해 EDTA 솔루션을 추가하고, 낙하횟수는 물의 경도에 비례합니다. 총경도 테스트 키트 제품인 HA-71A는 ManVer ® 인디케이터를 사용해 아이언이나 망간이 존재하거나 알칼리도가 높은 수준인 자연수가 샘플인 경우 최고의 결과를 이끌어냅니다. 5-B, 5-EP 및 5-EP/MG-L 테스트 키트 모델은 UniVer ® 시약을 이용하여 구리와 같은 메탈 성분의 농도가 높은 산업용 샘플에서 최고의 작업을 수행할 수 있습니다. 다른 테스트 키트는 칼슘이나 망간 경도를 분리해 측정할 수 있습니다.
디지털 적정기
디지털 적정기 키트는 낙하 횟수 적정 키트보다 더욱 정확한 경도 측정이 가능합니다. 디지털 적정기는 EDTA 솔루션을 아주 작은량 씩 증가시키며 매우 정확하게 주입하기 때문입니다. 디지털 적정기와 경도 테스트 키트는 ManVer ® 인디케이터를 사용하고 있습니다.
테스트 스트립
경도 테스트 스트립을 물 샘플에 담그면, 스트랩의 색이 변화하며, 변화한 색은 차트와 매칭할 수 있습니다. 이 차트는 0, 25, 50, 120, 250 및 250ppm의 농도 또는 1, 1.5, 3.7, 15 및 25 gpg의 농도를 색으로 보여줍니다. 경도가 일반적인 범위라면 테스트 스트립을 사용하면 충분합니다. 특정 경도값을 요구한다면 테스트 스트립은 올바른 선택이 아닙니다.
비색법 및 분광광도법
비색계 또는 분광광도계를 사용하면, CaCO3로써 4mg/L 미만으로 예상되는 아주 부드러운 물의 경도를 측정할 수 있습니다. (calmagite method)
탁상용/휴대용:
아주 낮은 수준의 경도를 측정해야 한다면 분광광도계를 사용하십시오. 농도 CaCO3 1mg/L 미만으로 예상되는 경우에 사용할 수 있습니다. (chlorophosphonazo method)
탁상용:
Chlorophosphonazo 시약 세트, 벌크솔루션
Chlorophosphonazo 시약 세트, 분말타입 솔루션
높은 범위의 총 경도, Ca 경도, Mg 경도를 측정하려면 분광광도계를 사용하십시오.
전극법
칼슘은 방사계 ISE25Ca 또는 9660C 칼슘 이온 선택 전극(ISE)과 이온선택전극법을 이용하여 측정될 수 있습니다. 전극법은 샘플 내 색 또는 탁도가 색도적정법이나 분광법에 방해가 될 때 가장 적합한 방법입니다.
탁상용:
온라인 분석기
온라인 분석기는 지속적인 경도 모니터링이 가능합니다. 이러한 장비는 알람을 활성화할 수 있고, 경도 농도가 선택한 수준에 도달하면, 화학적 피드 펌프를 조정합니다.
물 연화
바람직하지 않은 경도를 줄이려면 물을 연화해야 합니다. 연화 방법은 일반적으로 두 가지 주요 범주로 분류할 수 있습니다.
이온 교환 연화 프로세스
이 프로세스는 천연 또는 합성 이온 교관 매트릭스(예: 수지)을 사용하여 경화를 유발하는 양이온(일반적으로 나트륨)을 교환합니다. 예를 들어, 자연적으로 발생하는 매트릭스는 녹색 모래와 제올라이트를 포함합니다. 다른 이온 교환 수지(또는 매트릭스)는 다양한 특성이 있습니다. 합성 재료는 교환 능력이 더 높기 때문에 높은 수준의 경도를 낮추는 데 더 좋습니다. 수소를 양이온으로 사용하는 레진은 일반적으로 디미네랄라이저라고 하며, pH를 중성으로 유지하기 위하여 양이온과 음이온 교환 수지로 구성됩니다. 건강 상의 이유로 나트륨 기반 수지는 처리된 물의 나트륨 수치를 증가시킨다는 점에 유의해야 합니다. 이는 또한 일반 URL 경도 방법을 방해할 수 있습니다.
수지의 교환능력이 모두 소진되면 대부분 재생이 가능하므로 언제 컬럼의 재생이 필요한지를 파악하기 위해 유출 경도를 모니터링하는 것이 중요합니다. 이 2단계 공정에서는 먼저 유닛을 플러싱하여 침전물을 제거한 후 특정 조건에서 염수 용액을 순환시켜 축적된 칼슘과 마그네슘 이온을 원래 연화 시온으로 교체합니다.
장점
- pH와 같은 물의 다른 특성에 크게 영향을 주지 않습니다.
- 이 과정을A 통해 마그AC네슘과 칼슘 이외의 경도를 유발하는 양이온도 제거할 수 있습니다.
- 이 과정은 경도를 0에 가깝게 줄여줍니다.
단점
- 물에 많은 양의 철이나 망간이 함유되면 이온교환수지를 오염시킬 수 있습니다.
- 나트륨 수지는 완성된 물의 나트륨 수치를 상승시키고 경도 모니터링을 위한 일부 ULR 방법에 간섭을 일으킬 수 있습니다.
- 고형물은 수지 베드를 더럽혀 추가 비용을 야기할 수 있습니다.
강수 연화 프로세스
강수는 일반적으로 라임-소다 공정을 통해 이루어집니다. 석회가 경수에 첨가되면 존재하는 탄산염 경도와 반응하여 고형물을 생성하며 물에서 제거되어야 합니다. 라임과 소다수는 탄산염과 비탄산염의 경도를 모두 제거하기 위해 함께 사용될 수 있습니다. 칼슘 침전에 비해 마그네슘 침전에 필요한 화학 첨가물의 양은 2배이며 제거되어야 하는 슬러지의 양은 2배입니다. 과도한 이산화탄소는 석회 침전을 방해할 수 있으므로 연화 전에 제거해야 합니다.
장점
- 초과 이온 및 불소를 제거할 수 있습니다.
- 높은 pH로 인하여, 박테리아 및 바이러스를 제거할 수도 있습니다.
- 적절한 컨트롤로, 부식 및 스케일 형성을 관리할 수 있습니다.
단점
- 폐기해야 할 많은 양의 슬러지가 발생할 수 있습니다.
- 운영 및 화학 물질 비용이 높습니다.
- 소다수의 첨가물은 물의 나트륨 농도에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 재탄산화, 즉 이산화탄소의 재삽입은 pH를 낮추기 위해 연화시킨 후 과도한 라임을 제거하고 남아 있는 탄산칼슘의 침전을 촉진하기 위해 수행해야 합니다.
- 이 공정은 경도를 0에 가깝게 줄일 수는 없습니다.
- 이 공정은 작업자의 높은 능력 수준을 요구합니다.
자주 묻는 질문 (FAQ)
경도와 알칼리도 사이의 차이는 무엇입니까?
경도는 다량 금속 이온, 특히 용액의 칼슘과 마그네슘의 합이며, 알칼리도는 용액의 산(수산화물, 탄산염, 중탄산염의 합)을 중화시키는 능력의 척도입니다. 자연수 시스템에서는 탄산칼슘이 일반적으로 존재하며 물의 다양한 특성을 담당합니다. 경도와 알칼리도 모두 CaCO3 농도로 표현되며, 이는 여러 화학물질을 나타내는 단일 수치를 쉽게 보고하고 용액의 탄산염과 비탄산염 경도를 쉽게 계산할 수 있도록 하기 위함입니다.
물의 Hard 또는 Soft 수준을 판단할 수 있는 농도는 얼마입니까?
Hard 또는 Soft를 고려하는 특정 농도에 대한 보편적인 합의는 존재하지 않습니다. 다음 정보는 미국 내무부(Department of Interinal and Water Quality Association)에서 발췌한 것입니다(다른 조직에서는 약간 다른 분류를 사용할 수 있음).
|
Classification |
mg/L |
gpg (grain per gallon) |
|
Soft |
0 - 17 |
0 - 1 |
|
Slightly hard |
17 - 60 |
1 - 3.5 |
|
Moderately hard |
60 - 120 |
3.5 - 7.0 |
|
Hard |
120 - 180 |
7.0 - 10.5 |
|
Very Hard |
>180 |
>10.5 |
일시 또는 영구경도는 무엇입니까?
일시 경도와 영구 경도는 물을 끓여서 제거할 수 있는 경도(일시)와끓여서 제거할 수 없는 경도(영구)를 구별하기 위해 사용되는 용어입니다. 일시 경도는 탄산염 경도와 동의어입니다. 영구 경도는 비탄산염 경도와 같은 용어입니다.
탄산염 및 비탄산염 경도는 어떻게 계산될 수 있습니까?
탄산염 및 비탄산염 경도는 총 경도 및 총 알칼리도 값을 알고 있다면 계산될 수 있습니다.
|
경도와 알칼리도 관계 |
비탄산염 경도, mg/L, CaCO3 |
Carbonate Hardness, mg/l as CaCO 3 |
|
총경도 ≤ 총 알칼리도 |
= 총경도 |
0 |
|
총경도 ≥ 총 알칼리도 |
= 총알칼리도 |
= 총 경도 - 총 알칼리도 |