물의 경도 계산기 (Ca, Mg → CaCO₃)

물의 경도 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리

물의 경도는 주로 물에 녹아 있는 칼슘과 마그네슘의 양을 뜻합니다. 비누 거품이 얼마나 잘 나는지, 주전자·보일러·배관에 물때(스케일)가 얼마나 빨리 끼는지, 연수기를 어떻게 설정해야 하는지가 경도에 따라 달라집니다. 수질 검사 결과는 보통 칼슘과 마그네슘을 mg/L로 따로 알려 주는데, 이 계산기는 둘을 합쳐 탄산칼슘 기준 총경도(mg/L as CaCO₃)로 나타내고, 독일 경도와 갤런당 그레인으로 환산한 뒤 미국 지질조사국(USGS) 기준으로 분류합니다.

계산 방법

• 총경도(mg/L as CaCO₃) = 2.497 × Ca + 4.118 × Mg (Ca, Mg 단위 mg/L)
• 독일 경도: °dH = 총경도 ÷ 17.848 (1 °dH = CaO 10 mg/L = CaCO₃ 17.848 mg/L)
• 갤런당 그레인: gpg = 총경도 ÷ 17.118 (1그레인 = 64.8 mg, 1미국 갤런 = 3.785 L)
• USGS 분류: 60 미만 연수, 60~120 약한 경수, 120~180 경수, 180 이상 매우 센 경수(mg/L as CaCO₃)

원리

칼슘과 마그네슘은 원자량이 달라서 같은 1 mg이라도 경도에 기여하는 정도가 다릅니다. 두 이온을 같은 당량의 탄산칼슘 질량으로 바꾸면 하나의 척도로 비교할 수 있습니다. 두 이온 모두 비교 대상인 CaCO₃처럼 2가이므로 환산 계수는 몰질량의 비가 됩니다. 칼슘은 100.09 ÷ 40.08 = 2.497, 마그네슘은 100.09 ÷ 24.305 = 4.118입니다. 그래서 같은 1 mg이라면 마그네슘이 칼슘보다 경도를 더 크게 높입니다.

예제 풀이

1. 입력값: Ca = 60 mg/L, Mg = 15 mg/L
2. 칼슘 기여분: 2.497 × 60 = 149.82 mg/L as CaCO₃
3. 마그네슘 기여분: 4.118 × 15 = 61.77 mg/L as CaCO₃
4. 총경도 = 149.82 + 61.77 = 211.59 mg/L as CaCO₃
5. 독일 경도: 211.59 ÷ 17.848 = 11.86 °dH, 갤런당 그레인: 211.59 ÷ 17.118 = 12.36 gpg
6. 211.59는 180보다 크므로 USGS 분류는 매우 센 경수(very hard)입니다.

결과 해석

센물은 건강에 해롭지 않으며, 세계보건기구(WHO)도 경도에 대해서는 건강 기반 지침값을 정하지 않았습니다. 영향은 주로 생활 면에서 나타납니다. 온수기와 가전제품에 스케일이 끼고, 유리잔에 얼룩이 남고, 세탁에 비누가 더 많이 듭니다. 나라마다 분류 경계와 단위가 다르므로 사시는 지역의 기준과 비교하시기 바랍니다.

흔한 실수

• 환산 계수 없이 Ca와 Mg의 mg/L 값을 그대로 더하는 경우
• 이미 CaCO₃ 기준으로 나온 값을 다시 환산하는 경우
• 총경도와 알칼리도에 의해 정해지는 탄산 경도(일시 경도)를 혼동하는 경우

자주 묻는 질문

일시 경도란 무엇인가요?

탄산수소 이온과 짝을 이루는 경도로, 끓이면 스케일로 가라앉아 제거됩니다. 나머지를 영구 경도라고 합니다.

가정용 정수기로 경도를 낮출 수 있나요?

이온교환식 연수기와 역삼투 방식은 낮출 수 있지만, 일반 활성탄 필터는 거의 효과가 없습니다.

mg/L as CaCO₃를 mmol/L로 바꾸려면 어떻게 하나요?

100.09로 나눕니다. 211.59 mg/L는 약 2.11 mmol/L입니다.

출처: US Geological Survey, Water Science School, "Hardness of Water" · APHA, AWWA and WEF, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, Method 2340 · World Health Organization, Hardness in Drinking-water, background document for the Guidelines for Drinking-water Quality