센물

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1. 개요

센물은 물속에 녹아 있는 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺) 등의 이온 농도에 따라 결정되며, 농도에 따라 연수, 중경수, 경수, 초경수로 분류된다. 센물은 일시적 센물과 영구적 센물로 나뉘며, 생활, 산업, 건강 등 다양한 분야에 영향을 미친다. 센물은 비누와 반응하여 비누때를 생성하고, 배관을 막는 침전물을 만들며, 산업에서는 기계 고장의 원인이 되기도 한다. 센물은 랑겔리어 지수, 라이즈너 지수 등 여러 지표로 측정되며, 지역에 따라 센물의 정도가 다르다. 센물은 음용, 요리, 양조 등 다양한 분야에 활용된다.

2. 정의 및 분류

물의 경도는 칼슘 농도 (mg/L) × 2.5 + 마그네슘 농도 (mg/L) × 4.1로 탄산칼슘(CaCO₃) 함량에 근사되며, 대한민국 보건복지부에서는 그 양에 따라 다음과 같이 분류한다.^[62]

명칭	경도 (mg/L)	경도 (mmol/L)	경도 (dGH/°dH)	경도 (gpg)	경도 (ppm)
연수	0–60	0–0.60	0-3.37	0-3.50	< 60
중연수(중경수)	61–120	0.61–1.20	3.38-6.74	3.56-7.01	60-120
경수	121–180	1.21–1.80	6.75–10.11	7.06-10.51	120-180
초경수	≧ 181	≧ 1.81	≧ 10.12	≧ 10.57	> 180

경수는 북유럽의 물에 많다. 미국에서는 동부, 남부, 태평양 연안에서는 연수가 많고, 남서부는 경수가 많다.^[63]

2. 1. 센물의 정의

센물은 2가 양이온, 즉 Ca²⁺와 Mg²⁺와 같이 2+ 이상의 전하를 띤 양이온의 농도가 높은 물을 말한다. 이러한 양이온들은 종종 대수층 내 광물에서 용출되어 물에 유입된다. 흔한 칼슘 함유 광물에는 방해석과 석고가 있으며, 흔한 마그네슘 광물은 돌로마이트(칼슘도 함유)이다. 빗물과 증류수는 이러한 이온이 거의 없기 때문에 연수이다.^[4]

다음은 탄산칼슘과 중탄산칼슘의 용해 및 생성 평형 반응식이다.

:CaCO₃ (s) + CO₂ (aq) + H₂O (l) Ca²⁺ (aq) + 2HCO₃^- (aq)

이 반응은 어느 방향으로든 진행될 수 있다. 용해된 이산화탄소를 함유한 빗물은 탄산칼슘과 반응하여 칼슘 이온을 함께 운반할 수 있다. 탄산칼슘은 이산화탄소가 대기로 손실됨에 따라 방해석으로 다시 침착될 수 있으며, 때로는 종유석과 석순을 형성한다.

칼슘 및 마그네슘 이온은 연수기를 사용하여 제거할 수 있다.^[5]

대한민국 보건복지부에서는 물의 경도를 {칼슘 농도 (mg/L) × 2.5 + 마그네슘 농도 (mg/L) × 4.1}로 탄산칼슘(CaCO₃) 함량에 근사하여 정의한다. 그 양이 60mg/L 이하인 물을 연수, 60~120mg/L을 중경수, 120~180mg/L을 경수, 180mg/L 이상을 초경수로 정의한다.^[62]

명칭	경도 (mg/L)	경도 (mmol/L)	경도 (dGH/°dH)	경도 (gpg)	경도 (ppm)
연수	0–60	0–0.60	0-3.37	0-3.50	＜ 60
중연수(중경수)	61–120	0.61–1.20	3.38-6.74	3.56-7.01	60-120
경수	121–180	1.21–1.80	6.75–10.11	7.06-10.51	120-180
초경수	≧ 181	≧ 1.81	≧ 10.12	≧ 10.57	＞ 180

2. 2. 센물의 분류

센물은 포함된 이온의 종류에 따라 일시적 센물과 영구적 센물로 나뉜다. 일시적 센물은 용존된 중탄산염 광물(탄산수소칼슘과 탄산수소마그네슘) 때문에 생긴다. 이러한 광물이 용해되면 칼슘과 마그네슘 양이온(Ca²⁺, Mg²⁺)과 탄산염 및 중탄산염 음이온(CO₃^2- 및 HCO₃^-)이 생성된다. 이 "일시적" 센물은 물을 끓이거나 석회(수산화칼슘)를 첨가하여 석회 연화 과정을 통해 줄일 수 있다.^[7] 끓이면 중탄산염으로부터 탄산염이 생성되고 탄산칼슘이 용액에서 침전되어 물이 식으면 연수가 된다. 영구적 센물은 칼슘이나 마그네슘의 황산염, 염화물이 녹아 있는 것으로, 끓여도 연화되지 않는다.

대한민국 보건복지부는 센물의 양을 기준으로 다음과 같이 분류한다.^[62]

분류	mg-CaCO₃/L (ppm)	mmol/L	dGH/°dH	gpg
연수	0–60	0–0.60	0–3.37	0–3.50
중경수	61–120	0.61–1.20	3.38–6.74	3.56–7.01
경수	121–180	1.21–1.80	6.75–10.11	7.06–10.51
극경수	≥ 181	≥ 1.81	≥ 10.12	≥ 10.57

미국 지질조사국도 아래와 같이 경수와 연수를 분류한다.^[20]

분류	mg-CaCO₃/L (ppm)	mmol/L	dGH/°dH	gpg
연수	0–60	0–0.60	0–3.37	0–3.50
중경수	61–120	0.61–1.20	3.38–6.74	3.56–7.01
경수	121–180	1.21–1.80	6.75–10.11	7.06–10.51
극경수	≥ 181	≥ 1.81	≥ 10.12	≥ 10.57

한국에서는 수도권 일부와 제주도에 센물이 나타나지만, 대부분 지역은 연수이다. 수원 자체가 센물인 제주도 중·남부 및 본부반도·옥골에서는 상수도의 경도를 낮추는 처리를 하고 있다.^[64]

3. 센물의 기원 및 생성

센물은 주로 지질학적 특성에 따라 생성된다. 특히 석회암 지대를 통과하면서 칼슘, 마그네슘 이온이 용해되어 발생한다.

자연 강우나 눈과 같은 강수는 일반적으로 칼슘과 마그네슘 같은 2가 양이온 농도가 낮다. 바다 바람의 영향으로 나트륨, 염화물, 황산염 같은 이온이 소량 포함될 수 있다. 단단하고 불침투성이며 칼슘이 부족한 암석으로 형성된 유역에 강수가 내리면 2가 양이온 농도가 매우 낮게 나타나며, 이러한 물을 '연수'라고 부른다.^[4] 웨일스의 스노도니아와 스코틀랜드의 서부 고지대가 그 예이다. 지질학적으로 복잡한 지역에서는 짧은 거리 내에서도 다양한 정도의 수질 경도가 나타날 수 있다.^[3]^[20]

빗물은 석회암(탄산칼슘) 지대를 통과하면서 탄산칼슘이 용해되어 칼슘 이온(Ca²⁺)과 중탄산염 이온(HCO₃⁻)이 생성된다.^[4] 이산화탄소를 함유한 빗물은 탄산칼슘과 반응하여 칼슘 이온을 운반한다.^[4] 이때, 탄산칼슘은 이산화탄소가 대기로 손실됨에 따라 방해석으로 재침착될 수 있으며, 때로는 종유석과 석순을 형성한다.^[4]

3. 1. 센물의 기원

자연 강우, 눈 및 기타 강수 형태는 일반적으로 칼슘과 마그네슘과 같은 2가 양이온의 농도가 낮다. 바다 위의 바람으로 인해 나트륨, 염화물 및 황산염과 같은 이온이 소량 포함될 수 있다. 단단하고 불침투성이며 칼슘이 부족한 암석으로 형성된 유역에 강수가 내리는 경우, 2가 양이온의 농도가 매우 낮게 나타나며 이 물은 '연수'로 불린다.^[4] 웨일스의 스노도니아와 스코틀랜드의 서부 고지대가 그 예이다.

지질학적으로 복잡한 지역에서는 짧은 거리 내에서도 다양한 정도의 수질 경도가 나타날 수 있다.^[3]^[20]

3. 2. 생성 과정

빗물은 석회암(탄산칼슘) 지대를 통과하면서 탄산칼슘이 용해되어 칼슘 이온(Ca²⁺)과 중탄산염 이온(HCO₃⁻)이 생성된다.^[4] 이산화탄소를 함유한 빗물은 탄산칼슘과 반응하여 칼슘 이온을 운반한다.^[4]

다음 평형 반응은 탄산칼슘과 중탄산칼슘의 용해 및 생성(오른쪽)을 설명한다.^[4]

: CaCO₃ (s) + CO₂ (aq) + H₂O (l) Ca²⁺ (aq) + 2 (aq)

이 반응은 어느 방향으로든 진행될 수 있다. 용해된 이산화탄소를 함유한 빗물은 탄산칼슘과 반응하여 칼슘 이온을 함께 운반할 수 있다. 탄산칼슘은 이산화탄소가 대기로 손실됨에 따라 방해석으로 재침착될 수 있으며, 때로는 종유석과 석순을 형성한다.^[4]

4. 센물의 영향

센물은 생활, 산업, 건강 등 다양한 측면에 영향을 미친다.

세계 보건 기구(WHO)에 따르면 센물을 마시는 것과 건강의 연관성을 연결시킬 뚜렷한 근거는 아직 없다.^[73]

센물이 증발되면 미네랄이 남아 칼슘 등 미네랄 침착을 일으켜 수도꼭지나 샤워기 끝에 하얗거나 누런 침전물이 생긴다. 센물을 주전자에 넣고 끓이면 열이 가해지는 곳에 칼슘 등 미네랄이 침착되어(Calcification) 닦아내기 어려워지는데, 이때 약산성인 식초나 라임 즙을 넣고 끓이면 쉽게 제거할 수 있다.

물에 포함된 미네랄이 많을수록 맛이 무겁고 독특해지므로, 미네랄 함량이 높은 경수는 연수에 비해 마시기 어렵고, 음용에 적합하지 않은 경우가 많다. 특히, 물 분자와 강하게 결합(수화)하는 마그네슘 이온은 체내 흡수가 어려워, 섭취 시 대장에 장시간 머물며 수분 흡수를 저해하여 설사를 유발할 수 있다. 황산마그네슘을 많이 함유한 경수를 마시면 설사를 하기 쉽다고 알려져 있지만, 경수 중에도 음용에 적합한 것이 존재하며, 미네랄 섭취를 돕는 건강 음료로 판매되는 것도 있다. (예: 경도 1468인 콘트렉스(Contrerx) 등)

영국에서는 중국에서 차가 전래되었을 때 처음에는 녹차로 마셨지만, 연수를 사용하는 중국과 달리 경수를 사용하는 영국에서는 홍차와 궁합이 좋아 홍차를 마시게 되었다.

경수가 증발하면, 포함된 염류가 침전한다. 따라서 세척 등에 사용 후 즉시 닦지 않으면 표면에 흰 반점이 생긴다. 일시 경수를 자동차 엔진 냉각수로 사용하면 과열, 누수 등 문제가 발생할 수 있다.

4. 1. 생활에서의 영향

센물은 비누와 반응하여 비누때라는 흰색 침전물을 생성해 세정력을 저하시킨다.^[4] 이는 센물 속의 2가 양이온이 비누의 계면활성제 성질을 파괴하여 고체 침전물(비누때)을 형성하기 때문이다. 이러한 비누때의 주요 구성 성분은 스테아르산칼슘이다. 합성 세제는 이러한 비누때를 형성하지 않는다.

센물이 증발되면 미네랄이 남아 칼슘 등의 미네랄이 침착되어 수도꼭지나 샤워기 끝에 하얗거나 누런 색으로 침착된다. 또한, 센물을 주전자에 넣고 끓이면 열이 발생되는 곳에 칼슘 등의 미네랄이 침착되어(Calcification) 닦아내기 힘들어지는데, 이때 약산성인 식초나 라임 즙을 넣고 끓이면 쉽게 닦을 수 있다.

비누는 지방산과 나트륨의 염이므로, 경수의 마그네슘 이온과 만나면 불용성 염(비누때)을 생성하여 사용감이 나쁘다. 또한, 의류에 그 염이 부착되면 색이 바래고, 의류 보관 중에 그것이 분해되어 지방산이 되고, 더욱 산화하여 악취를 발생시킨다.

4. 2. 산업에서의 영향

산업에서 센물은 보일러, 냉각탑 등 물을 다루는 시설이나 장비의 고장을 일으키는 원인이 될 수 있어 심각하게 고려해야 할 사항이다.

센물은 배관을 막는 침전물, 즉 "스케일"을 생성한다. 이러한 스케일은 주로 탄산칼슘(CaCO₃), 수산화마그네슘(Mg(OH)₂), 황산칼슘(CaSO₄)으로 구성된다.^[4] 탄산칼슘과 탄산마그네슘은 배관 및 열교환기 내부 표면에 흰색 고체로 침착되는 경향이 있다. 이러한 침전은 주로 중탄산염 이온의 열분해나 탄산 이온의 포화 농도 도달로 인해 발생한다.^[8] 스케일이 축적되면 배관 내 물의 흐름이 제한되고, 보일러의 경우 침전물이 물로의 열 흐름을 방해하여 난방 효율을 떨어뜨리고 금속 보일러 부품을 과열시켜 고장을 유발할 수 있다.^[9] 탄산칼슘 침전물에 의한 손상은 방해석 또는 아라고나이트와 같은 결정 형태에 따라 달라진다.^[10]

센물과 같은 전해질 내의 이온은 갈바닉 부식을 일으킬 수 있다. 이는 두 금속이 전해질과 접촉할 때 한 금속이 다른 유형의 금속과 접촉할 때 우선적으로 부식되는 현상이다. 이온 교환에 의한 센물의 연화가 부식성을 증가시키지는 않으며, 납 배관을 사용하는 경우 연수가 납 용해도를 크게 증가시키지도 않는다.^[11]

4. 3. 건강과의 관계

세계 보건 기구(WHO)는 센물이 건강에 유해하다는 명확한 근거는 없다고 발표했다.^[2] 실제로 미국 국립연구위원회는 센물이 칼슘과 마그네슘의 식이 보충제 역할을 한다는 것을 발견했다.^[12]

일부 연구에서는 센물과 심혈관 질환 사이에 약한 역상관 관계가 있음을 보고했지만,^[14]^[15]^[16] 세계 보건 기구는 추가 연구가 필요하다고 결론지었다.^[2] 음용수의 칼슘(40~80 ppm)과 마그네슘(20~30 ppm)의 최소 및 최대 수준, 그리고 칼슘과 마그네슘 농도의 합으로 표현되는 총 경도 2~4 mmol/L에 대한 권장 사항이 있다.^[13]

센물은 어린이의 아토피성 피부염(습진) 발생률을 높일 수 있다는 연구 결과가 있다.^[17]^[18] 경수 지역에 사는 것도 초기 아토피성 피부염 발병에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 아토피성 피부염이 이미 발병한 경우 가정에서 연수기를 사용해도 증상의 심각도가 감소하지 않는다.^[18]

5. 연수화

센물을 연수로 바꾸는 과정을 연수화라고 한다. 연수화에는 이온 교환, 석회 연화 등의 방법이 있다.

5. 1. 연수화 방법

경수를 연수(軟水)로 바꾸는 방법은 다음과 같다.

이온 교환 수지: 이온 교환 수지를 사용하여 경수에 포함된 칼슘 이온(Ca²⁺)이나 마그네슘 이온(Mg²⁺)을 나트륨 이온(Na) 또는 칼륨 이온(K)과 같은 다른 이온으로 교환한다. 이 방법은 가정용 온수 시스템에서 경수로 인한 스케일 형성을 방지하거나 지연시키는 데 사용된다.^[7]
석회 연화: 석회(수산화칼슘)를 첨가하여 석회 연화 과정을 통해 물속의 중탄산염을 탄산염으로 만들어 침전시킨다. 이 방법으로 일시적 경도를 줄일 수 있다.^[7]
세탁 소다: 탄산나트륨(세탁 소다)은 가정용 세탁물의 경수를 연화하는 데 사용되는 일반적인 방법이다. 탄산나트륨은 물에 녹아있는 칼슘염을 침전시켜 물을 연하게 만든다.

경수를 끓이면 탄산칼슘(CaCO₃)이 침전되어 일시적으로 경도를 낮출 수 있다.

:

\rm Ca(HCO_3)_2  \longrightarrow CaCO_3 + H_2O+ CO_2

또한, 탄산나트륨(Na₂CO₃)을 첨가하면 칼슘염을 침전시켜 연수화할 수 있다.

:

\rm Ca(HCO_3)_2 + Na_2CO_3 \longrightarrow CaCO_3 + 2NaHCO_3

과거 증기기관차가 주요 동력이었던 시절에는 연수 확보가 중요했기 때문에, 기관차 급수 설비에는 연수화 시설이 필수적으로 설치되어 있었다.

5. 2. 연수화의 필요성

센물에서는 비누 용액이 비누때라는 흰색 침전물을 생성하며 거품을 내지 못하지만, 합성 세제는 이러한 비누때를 형성하지 않는다. 따라서 대부분의 세제에는 계면활성제에 대한 경수의 영향을 상쇄하는 성분이 포함되어 있기 때문에 경수 연화는 종종 불필요하다.

하지만 연화를 실시하는 경우, 온수기에 칼슘 침전물이 생성되지 않으므로 온수기의 스케일 형성으로 인한 비효율성 및 손상을 방지하거나 지연시키기 위해 가정용 온수 시스템으로 보내지는 물만 연화하는 것이 권장된다.

6. 물의 경도 측정 및 지표

물의 경도는 기기 분석을 통해 정량화할 수 있으며, 주로 칼슘(Ca²⁺)과 마그네슘(Mg²⁺) 이온의 농도를 측정하여 결정된다. சில 지역에서는 철, 알루미늄, 망간도 높은 수준으로 존재하여 경도에 영향을 주기도 한다.^[19] 철 이온이 존재하면 석회화에 녹슨 듯한 갈색이 나타나는 특징이 있다.

대한민국 보건복지부에서는 물의 경도를 {칼슘 농도 (mg/L) × 2.5 + 마그네슘 농도 (mg/L) × 4.1}로 계산하여 탄산칼슘(CaCO₃) 함량으로 나타낸다.^[62] 이 값을 기준으로 60mg/L 이하를 연수, 60~120mg/L을 중경수(중연수), 120~180mg/L을 경수, 180mg/L 이상을 초경수로 분류한다.

경도는 지역에 따라 차이가 있는데, 북유럽의 물은 경수가 많고, 미국에서는 동부, 남부, 태평양 연안은 연수, 남서부는 경수가 많다.^[63] 한국에서는 수도권 일부와 제주도에서 경수가 나타나지만, 대부분 지역은 연수이다.^[64] 제주도 중·남부 및 본부반도·옥골에서는 상수도의 경도를 낮추는 처리를 하고 있다.^[64]

물의 탄산칼슘 안정성을 예측하기 위해 랑겔리어 포화 지수(LSI)가 사용되기도 한다.

6. 1. 경도 측정 단위

총 경도는 Ca²⁺와 Mg²⁺의 몰 농도 합으로 mol/L 또는 mmol/L 단위로 나타낸다. 물의 경도는 몰 농도로 표현되지 않고, 일반 경도(도)(dGH), 독일 경도(°dH), 백만분율(ppm, mg/L 또는 미국 경도), 갤런당 그레인(gpg), 영국 경도(°e, e 또는 °Clark), 프랑스 경도(°fH, °f 또는 °HF) 등 다양한 단위로 표현된다.

경도 단위 변환
	1 mmol/L	1 ppm, mg/L	1 dGH, °dH	1 gpg	1 °e, °Clark	1 °fH
mmol/L	1	0.009991	0.1783	0.171	0.1424	0.09991
ppm, mg/L	100.1	1	17.85	17.12	14.25	10
dGH, °dH	5.608	0.05603	1	0.9591	0.7986	0.5603
gpg	5.847	0.05842	1.043	1	0.8327	0.5842
°e, °Clark	7.022	0.07016	1.252	1.201	1	0.7016
°fH	10.01	0.1	1.785	1.712	1.425	1

다양한 대체 단위는 산화칼슘(CaO) 또는 탄산칼슘(CaCO₃)의 등가 질량을 나타낸다. 단위는 다음과 같다.

'''백만분율''(ppm)'은 일반적으로 1 mg/L CaCO₃로 정의된다.^[19]
'''갤런당 그레인''(gpg)'는 미국 갤런(3.79리터)당 탄산칼슘 1 그레인(64.8 mg) 또는 17.118 ppm으로 정의된다.
1 mmol/L은 100.09 mg/L CaCO₃ 또는 40.08 mg/L Ca²⁺와 동일하다.
'''일반 경도(도)'' (dGH 또는 ''독일 경도''(°dH, deutsche Härte|도이체 헤르테^de))'는 10 mg/L CaO 또는 17.848 ppm으로 정의된다.
'''클라크 경도(도)'' (°Clark)' 또는 '''영국 경도(도)''' (°e 또는 e)'는 물 1 영국 갤런(4.55리터)당 CaCO₃ 1 그레인(64.8 mg)으로 정의되며, 14.254 ppm과 동일하다.
'''프랑스 경도(도)''' (°fH 또는 °f)'는 10 mg/L CaCO₃로 정의되며, 10 ppm과 동일하다.

대한민국 보건복지부에서는 물의 경도를 {칼슘 농도 (mg/L) × 2.5 + 마그네슘 농도 (mg/L) × 4.1}로 탄산칼슘(CaCO₃) 함량에 근사하여 정의하고 있다.^[62]

명칭	경도 (mg/L)	경도 (mmol/L)	경도 (dGH/°dH)	경도 (gpg)	경도 (ppm)
연수	0–60	0–0.60	0-3.37	0-3.50	＜ 60
중연수(중경수)	61–120	0.61–1.20	3.38-6.74	3.56-7.01	60-120
경수	121–180	1.21–1.80	6.75–10.11	7.06-10.51	120-180
초경수	≧ 181	≧ 1.81	≧ 10.12	≧ 10.57	＞ 180

6. 2. 경도 관련 지표

경도는 기기 분석을 통해 정량화할 수 있다. 총 경도는 Ca²⁺와 Mg²⁺의 몰 농도의 합으로 mol/L 또는 mmol/L 단위로 나타낸다. 물 경도는 몰 농도로 표현되지 않고, 일반 경도(도)(dGH), 독일 경도(°dH), 백만분율(ppm, mg/L 또는 미국 경도), 갤런당 그레인(gpg), 영국 경도(°e, e 또는 °Clark), 프랑스 경도(°fH, °f 또는 °HF) 등 다양한 단위로 표현된다.

경도 단위 변환
	1 mmol/L	1 ppm, mg/L	1 dGH, °dH	1 gpg	1 °e, °Clark	1 °fH
mmol/L	1	0.009991	0.1783	0.171	0.1424	0.09991
ppm, mg/L	100.1	1	17.85	17.12	14.25	10
dGH, °dH	5.608	0.05603	1	0.9591	0.7986	0.5603
gpg	5.847	0.05842	1.043	1	0.8327	0.5842
°e, °Clark	7.022	0.07016	1.252	1.201	1	0.7016
°fH	10.01	0.1	1.785	1.712	1.425	1

''백만분율''(ppm)은 일반적으로 1 mg/L CaCO₃로 정의된다.^[19]
''갤런당 그레인''(gpg)는 미국 갤런(3.79리터)당 탄산칼슘 1 그레인(64.8 mg) 또는 17.118 ppm으로 정의된다.
1 ''mmol/L''은 100.09 mg/L CaCO₃ 또는 40.08 mg/L Ca²⁺와 동일하다.
''일반 경도(도)(dGH 또는 독일 경도(°dH, deutsche Härte|도이체 헤르테^de))는 10 mg/L CaO 또는 17.848 ppm으로 정의된다.
''클라크 경도(도)''(°Clark) 또는 ''영국 경도(도)''(°e 또는 e)는 물 1 영국 갤런(4.55리터)당 CaCO₃ 1 그레인(64.8 mg)으로 정의되며, 14.254 ppm과 동일하다.
''프랑스 경도(도)''(°fH 또는 °f)는 10 mg/L CaCO₃로 정의되며, 10 ppm과 동일하다.

물, 기름 또는 가스 혼합물에서 탄산칼슘의 거동을 설명하기 위해 여러 지수가 사용된다.^[23]
랑겔리어 포화 지수(LSI)랑겔리어 포화 지수(Langelier saturation index, LSI)는 물의 탄산칼슘 안정성을 예측하는 데 사용되는 계산된 수치이다. 이는 물이 탄산칼슘을 침전시킬지, 용해시킬지, 또는 탄산칼슘과 평형 상태에 있을지를 나타낸다. 1936년, 윌프리드 랑겔리어는 물이 탄산칼슘으로 포화되는 pH(pH_s)를 예측하는 방법을 개발했다. LSI는 실제 시스템 pH와 포화 pH의 차이로 표현된다.

:LSI = pH(측정값) − pH_s

LSI > 0인 경우, 물은 과포화 상태이며 CaCO₃의 스케일 층을 침전시키는 경향이 있다.
LSI = 0인 경우, 물은 CaCO₃와 포화(평형) 상태이다. CaCO₃의 스케일 층은 침전되지도 용해되지도 않는다.
LSI < 0인 경우, 물은 과포화 상태가 아니며 고체 CaCO₃를 용해시키는 경향이 있다.

LSI는 온도에 민감하며, 물의 온도가 증가함에 따라 LSI는 더욱 양수가 된다.
라이즈너 안정성 지수(RSI)라이즈너 안정성 지수(RSI)^[24]는 수질 화학의 영향을 예측하는 데 사용된다.^[25]^[28] RSI는 다음과 같이 정의된다.^[29]

:RSI = 2 pH_s – pH (측정값)

6.5 < RSI < 7인 경우 물은 탄산칼슘과 거의 포화 평형 상태에 있는 것으로 간주된다.
RSI > 8인 경우 물은 불포화 상태이며, 따라서 기존의 고체 CaCO₃를 용해하는 경향이 있다.
RSI < 6.5인 경우 물은 스케일(수산화물 침전물)을 형성하는 경향이 있다.

퍽토리우스 스케일링 지수(PSI)퍽토리우스 스케일링 지수(PSI)는 물의 포화 상태와 석회질 침전물의 양 사이의 관계를 정량화한다.

7. 지역별 센물 정보

지역별 수원의 지질학적 특성에 따라 센물의 정도는 다르게 나타난다.

호주의 경우, 호주 수자원 협회의 분석에 따르면 주요 도시의 수질 경도는 매우 다양하다. 캔버라 40ppm, 멜버른 10–26ppm, 시드니 39.4–60.1ppm, 퍼스 29–226ppm, 브리즈번 100ppm, 애들레이드 134–148ppm, 호바트 5.8–34.4ppm, 다윈 31ppm이다.^[33]^[34]^[35]^[36]^[37]^[38]^[39]^[40]

캐나다는 지역별로 경도 차이가 크다. 프레리 주(주로 사스캐처원주와 매니토바주)는 탄산칼슘과 마그네슘 함량이 높아 지하수가 유일한 식수원인 경우 총 경도가 200ppm을 초과하는 경우가 많다. 반면 서해안은 빙하와 눈이 녹은 물로 공급되는 산악 호수에서 유래하여 매우 연수이다. 몬트리올 116ppm, 캘거리 165ppm, 레지나 496ppm, 사스카툰 160–180ppm, 위니페그 77ppm, 토론토 121ppm, 밴쿠버 3ppm 미만, 샬럿타운 140–150ppm, 워털루 지역 400ppm, 걸프 460ppm, 세인트존(서쪽) 160–200ppm, 오타와 30ppm이다.^[41]^[42]^[43]^[44]^[45]^[46]^[47]^[48]^[49]^[50]

영국의 경우, 식수 검사청에 따르면 식수는 일반적으로 '매우 높은 경도'로 간주되며, 특히 세번과 티즈 하구 사이의 선 동쪽 지역은 탄산칼슘 환산량이 200ppm을 넘는다. 웨일스, 데번, 콘월, 잉글랜드 북서부 일부 지역은 0~200ppm 범위의 연수 지역이다.^[58]

아일랜드의 경우, 환경보호청(EPA)은 수질 경도에 대한 정의를 포함한 표준 설명서를 발표했다.^[59] 경도에 대한 권장/의무적 한계값은 없으나, 200 mg/L CaCO3|탄산칼슘^영어 이상에서 영향이 증가한다.

미국의 경우, 조사된 정수기의 약 절반이 120mg/L 이상의 경도를 나타냈으며, 미국 가정의 85% 이상이 경수를 사용한다. 가장 연수는 뉴잉글랜드, 남대서양-멕시코만 연안, 태평양 북서부, 하와이 지역에서 발견된다. 중경수는 테네시, 오대호, 알래스카 지역의 강에서 나타난다. 경수와 매우 경수는 전국 대부분 지역의 하천 일부에서 발견된다. 가장 경도가 높은 물(1,000ppm 초과)은 텍사스, 뉴멕시코, 캔자스, 애리조나, 유타, 콜로라도 일부, 네바다 남부, 캘리포니아 남부의 하천에서 발견된다.^[60]^[61]

북유럽의 물은 센물이 많다. 미국에서는 동부, 남부, 태평양 연안에서는 연수가, 남서부는 센물이 많다.^[63]

7. 1. 해외

호주 수자원 협회의 분석에 따르면 호주 주요 도시의 수질 경도는 매우 다양하게 나타난다. 캔버라 40ppm, 멜버른 10–26ppm, 시드니 39.4–60.1ppm, 퍼스 29–226ppm, 브리즈번 100ppm, 애들레이드 134–148ppm, 호바트 5.8–34.4ppm, 다윈 31ppm이다.^[33]^[34]^[35]^[36]^[37]^[38]^[39]^[40]

캐나다는 지역별로 경도 차이가 크다. 프레리 주(주로 사스캐처원주와 매니토바주)는 탄산칼슘과 마그네슘 함량이 높아 지하수가 유일한 식수원인 경우 총 경도가 200ppm을 초과하는 경우가 많다. 반면 서해안은 빙하와 눈이 녹은 물로 공급되는 산악 호수에서 유래하여 매우 연수이다. 몬트리올 116ppm, 캘거리 165ppm, 레지나 496ppm, 사스카툰 160–180ppm, 위니페그 77ppm, 토론토 121ppm, 밴쿠버 3ppm 미만, 샬럿타운 140–150ppm, 워털루 지역 400ppm, 걸프 460ppm, 세인트존(서쪽) 160–200ppm, 오타와 30ppm이다.^[41]^[42]^[43]^[44]^[45]^[46]^[47]^[48]^[49]^[50]

식수 검사청에 따르면, 영국의 식수는 일반적으로 '매우 높은 경도'로 간주되며, 특히 세번과 티즈 하구 사이의 선 동쪽 지역은 탄산칼슘 환산량이 200ppm을 넘는다. 웨일스, 데번, 콘월, 잉글랜드 북서부 일부 지역은 0~200ppm 범위의 연수 지역이다.^[58]

영국과 웨일스 주요 도시의 수돗물 경도는 다음과 같다.

지역	주요 수원	경도 수준^[51]
맨체스터	레이크 디스트릭트 (호스워터, 써얼미어), 페닌스 (롱데일 체인)	1.750 °클라크 / 25 ppm^[52]
버밍엄	엘란 밸리 저수지	3 °클라크 / 42.8 ppm^[53]
브리스톨	멘딥 힐스 (브리스톨 저수지)	16 °클라크 / 228.5 ppm^[54]
사우샘프턴	비울 워터	18.76 °클라크 / 268 ppm^[55]
런던 (EC1A)	리 밸리 저수지 체인	19.3 °클라크 / 275 ppm^[56]
렉섬 (LL11)	하프렌 디프르드위	4.77 °클라크^[57]

아일랜드 환경보호청(EPA)은 수질 경도에 대한 정의를 포함한 표준 설명서를 발표했다.^[59] 경도에 대한 권장/의무적 한계값은 없으나, 200 mg/L CaCO3|탄산칼슘^영어 이상에서 영향이 증가한다.

미국에서는 조사된 정수기의 약 절반이 120mg/L 이상의 경도를 나타냈다. 미국 가정의 85% 이상이 경수를 사용한다. 가장 연수는 뉴잉글랜드, 남대서양-멕시코만 연안, 태평양 북서부, 하와이 지역에서 발견된다. 중경수는 테네시, 오대호, 알래스카 지역의 강에서 나타난다. 경수와 매우 경수는 전국 대부분 지역의 하천 일부에서 발견된다. 가장 경도가 높은 물(1,000ppm 초과)은 텍사스, 뉴멕시코, 캔자스, 애리조나, 유타, 콜로라도 일부, 네바다 남부, 캘리포니아 남부의 하천에서 발견된다.^[60]^[61]

북유럽의 물은 센물이 많다. 미국에서는 동부, 남부, 태평양 연안에서는 연수가, 남서부는 센물이 많다.^[63]

8. 센물의 이용

센물은 음용, 요리, 양조 등 다양한 분야에서 활용된다.

미네랄 함량이 높은 센물은 맛이 무겁고 독특하여 음용에 적합하지 않은 경우가 많지만, 미네랄 섭취를 보충하는 건강 음료로 판매되기도 한다. 예를 들어, 경도가 1468인 콘트렉스(Contrex) 등이 있다.^[2] 마그네슘 이온은 체내에 흡수되기 어렵고, 황산마그네슘을 많이 함유한 센물을 마시면 설사를 유발할 수 있다.^[2]

센물(경수)은 고기 요리에서 불필요한 단백질을 제거하고 고기를 부드럽게 하는 효과가 있다.^[65]^[67] 스파게티를 삶을 때 알덴테 식감을 유지하고 감자가 으깨지는 것을 막아준다.^[65] 콩이나 쌀은 단단하게 익는 특성이 있다. 반면 쌀 등의 곡류, 커피, 녹차는 연수가 더 적합하다. 일식에서는 다시마의 글루탐산이나 가쓰오부시의 이노신산과 같은 감칠맛 성분 추출을 방해하기 때문에 연수를 사용하는 것이 좋다.^[67]^[68]^[69]

발효주인 일본술이나 맥주, 증류주의 소주 등, 주조 과정에서 센물 속 미네랄은 효모를 활성화시켜 발효를 촉진하므로, 깔끔하고 드라이한 맛의 술을 만드는 데 도움이 된다. 일본의 술 제조 지역 중 나다의 물은 중경수이며, 융기 산호초 섬이 많은 오키나와현의 아와모리나 가고시마현의 아마미흑당소주 제조용수도 센물인 경우가 많다. 다만, 소주의 희석수(희석용 물)는 연화 처리 후 사용하는 것이 일반적이다.

8. 1. 음용

미네랄 함량이 높은 센물은 맛이 무겁고 독특하여 음용에 적합하지 않은 경우가 많다. 하지만, 미네랄 섭취를 보충하는 건강 음료로 판매되기도 한다. 예를 들어, 경도가 1468인 콘트렉스(Contrex) 등이 있다.^[2]

특히, 물 분자와 강하게 결합하는 마그네슘 이온은 체내에 흡수되기 어렵다. 황산마그네슘을 많이 함유한 센물을 마시면 대장에 장시간 머물러 수분 흡수를 저해하고, 장내에 수분이 고여 설사를 유발할 수 있다.^[2]

8. 2. 요리

센물(경수)은 고기 요리에서 불필요한 단백질을 제거하고 고기를 부드럽게 하는 효과가 있다.^[65]^[67] 스파게티를 삶을 때 소금을 넣지 않아도 알덴테 식감을 유지하고 감자가 으깨지는 것을 막아준다.^[65] 콩이나 쌀은 단단하게 익는 특성이 있다.

반면 쌀 등의 곡류, 커피, 녹차는 연수가 더 적합하다. 커피의 경우, 얕게 볶은 아메리칸 커피는 연수를 사용하면 원두 고유의 향과 산뜻한 맛을 즐길 수 있고, 깊게 볶은 에스프레소는 센물을 사용하면 쓴맛과 떫은맛이 줄고 부드러움이 증가한다.^[69] 녹차는 연수로 우린 것이 맛있다고 알려져 왔지만, 최근 연구에서는 센물로 우린 녹차의 감칠맛이 더 강하다는 결과도 있다.^[66]

일식에서는 다시마의 글루탐산이나 가쓰오부시의 이노신산과 같은 감칠맛 성분 추출을 방해하기 때문에 연수를 사용하는 것이 좋다.^[67]^[68]^[69]

8. 3. 양조

발효주인 일본술이나 맥주, 증류주의 소주 등, 주조에서는 센물이라고 해도 문제가 되지 않는다. 물속의 미네랄은 당을 알코올로 바꾸는 효모를 활성화시켜 발효가 잘 진행되므로, 깔끔한 맛의 드라이한 술이 만들어진다고 한다. 일본의 술 제조 지역에서도 나다의 물은 중경수이며, 융기 산호초섬이 많은 오키나와현의 아와모리나 가고시마현의 아마미흑당소주 제조용수도 센물인 경우가 많다. 다만, 소주의 희석수(희석용 물)는 연화 처리 후 사용하는 것이 일반적이다.

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