📄 수질환경: 지하수 경도가 높은 원인, 탄산가스 CO₂

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경도(硬度, Hardness)란 무엇인가?

  경도(hardness)란, 물속에 녹아 있는 칼슘 이온(Ca²⁺)과 마그네슘 이온(Mg²⁺)의 농도를 말한다. 물은 원래 딱딱하지 않지만, Ca²⁺, Mg²⁺ 같은 금속 이온이 많아질수록 비누 거품이 잘 안 나고, 스케일이 생기며, '단단한 물'처럼 행동하게 된다. 따라서, 수질 분야에서의 경도는 물의 '단단한 성질의 정도'라고 표현한다.

  그럼, 지하수의 경도가 높은 이유는 무엇일까. 이는 탄산가스(CO₂)의 영향이 크며, 연쇄 반응이 일어나기 때문이다.

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1. CO₂ + 물 → 탄산(H₂CO₃) 생성

지하수는 토양을 통과하면서 CO₂를 흡수한다.

● CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (탄산)

이 탄산은 약산성을 띠며, 암석을 녹이는 역할을 한다.

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2. 탄산이 석회암을 용해시킨다.

지하수는 주로 석회암(CaCO₃)이나 백운석(CaMg(CO₃)₂) 지층을 통과한다.

대표 반응식
● CaCO₃ + H₂CO₃ → Ca²⁺ + 2HCO₃⁻
● CaMg(CO₃)₂ + 2H₂CO₃ → Ca²⁺ + Mg²⁺ + 4HCO₃⁻

이 과정에서 Ca²⁺, Mg²⁺ 이온이 물속으로 용출된다.

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3. 결과: 지하수의 경도 증가

● Ca²⁺, Mg²⁺ 농도 증가
● 즉, 경도 상승
● 주로 탄산경도(일시경도) 형태

※ 일시경도란,
  물에 녹아있는 칼슘과 마그네슘 이온 중, 특히 중탄산염 형태의 성분 때문에 생기는 물의 세기로, 물을 끓이면 분해되어 제거되므로 연해지는 성질을 말한다.

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정리하자면,

  지하수의 경도가 높은 이유는 지하 환경에서 농축된 탄산가스 CO₂가 물과 반응해 탄산을 형성하고, 이 탄산이 석회암을 용해시키면서 칼슘과 마그네슘을 탄산수소염 형태로 용출시키기 때문이다.

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