작성자: 운영자 등록일:2015-04-06 22:28:57
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외부 기고자 최금두(Pentair Everpure 한국대리점 대표, 한국커피협회 워터 소믈리에 팀장) 


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[About Water Series] 두번째 이야기, A to Z For Water




계획보다 조금 늦었지만 두 번째 이야기를 전해드립니다. 이제 앞선 글을 읽으셨던 분들은 상수도의 필요성을 느끼셨을 것 이라고 생각합니다.

 


|||| 물의 순환 과정


그럼 이제 물이 우리에게 오기까지의 순환과정을 간단히 알아보겠습니다.

호수나 바다 또는 계곡 등의 다양한 지표수는 태양열에 의해 증기의 형태로 변하게 되고 그 증기는 대부분 질소와 산소로 이루어진 대기로 증발하게 됩니다. 그리고 이 증기는 우리가 사는 지구의 온도가 너무 덥지 않게 그리고 너무 춥지 않게 도움을 주면서 눈이나 비 또는 우박 등의 다양한 형태로 다시 지표로 내려오게 됩니다.


이러한 증기는 응집된 무게와 온도의 변화로 지표로 떨어지는 동안 여러 가지 형태로 변하게 되는데 변환되는 그 순간은 H2O 와 가장 가까운 형태가 됩니다. 하지만 곧 대기 중에 떠돌아 다니는 먼지나 중금속, 이산화탄소 등을 머금고 지표로 내려오게 됩니다. 왜냐하면 물은 닿는 모든 것들을 녹여 흡수하는 성질을 가진 수용성의 물질이기 때문입니다.


Water_cycle.pngJohn Evans and Howard Periman, USGS - http://ga.water.usgs.gov/edu/watercycle.html


 

아마 이제 여러분들은 앞으로 아이가 입을 벌려 빗물이나 눈을 받아먹으려 하는 것을 보면 깜짝 놀라 못하게 하실 겁니다. 하지만 비가 세차게 내린 후 어느 정도 대기가 깨끗이 씻여진 다음이라면 빗물이 조금은 순수한 형태를 띄게되니 참고하시길 바랍니다.

 

강조하건데 물은 아주 탁월한 수용성 물질이기 때문에 지표에 도달한 후에도 매 순간 성질 변화를 이루게 됩니다


물은 지표에 닿은 후 지하로 내려가기 전에 만나는 모든 것들, 예를 들면 동물의 사체나 낙엽, 오염물질, 분뇨 등 지표에 우리가 볼 수 있고 상상할 수 있는 모든 것들과 만난 후 흡수할 수 있는만큼 흡수한채로 조금씩 땅 밑으로 내려가면서 자정 작용을 거치고 지하수의 형태로 남게됩니다. 또는 지표에 흘러다니는 하천 등의 물을 우리가 끌어모아 깨끗하게 정수 처리 후 상수도로 사용하게 됩니다.


 

|||| 석회와 경도


이 상수도에 사용될 물이 내려오는 과정에서 대기에 포함되어있거나 부패된 초목 등에서 여러 경위에 의해 존재하는 이산화탄소 (Carbon Dioxide)와 만나게되면 탄산 (Carbonic Acid)의 형태로 변하게 됩니다. 일반적으로 이산화탄소는 쉽게 물에 녹아들어가지 못하지만 물은 강력한 수용성을 가지고 있어 지표로 떨어지는동안 흡수하게 되면서 약 산성의 성질을 가지게되고 그 수치는 지역마다 다르지만 5.0에서 6.0 정도로 나올 수 있지만 약간의 강수가 지속된 후에는 pH 가 올라가게 됩니다


참고로 빗물 블라인딩 테스트에 대한 많은 사례들이 있는데 지역마다 사람들의 판단은 다르겠지만 한국 사람들은 대체로 빗 물의 맛을 좋게 평가한 것으로 나타납니다


개인적인 생각이지만 아마도 이물질 등이 덜 포함된 상태의 빗 물을 입안에 넣고 삼키는 과정에서 느끼는 바디감 (묵짐함의 정도로 표현하면 적절할 듯 합니다)이 부드러워 그렇다고 생각됩니다. 왜냐하면 한국 사람들은 의도하든 의도하지 않든 가정과 공공시설에서 가장 많이 사용되는 역삼투 정수기 물을 오랜 기간 음수하게되어 그 맛에 적응이 되었을 것이라고 생각합니다.

 

다시 주제로 돌아가면 지표로 내려오면서 산성을 띄게되어 산화력이 강해진 물은 접촉하는 다양한 물질들을 조금 더 쉽게 녹여 흡수하게 됩니다. 그리고 이 탄산 성질을 띄는 물이 석회암 지질 (CaCO3 함유량이 많은 지질) 을 만나게 되면 물이 석회를 녹이고 흡수하여 경수 성질을 가진 물이 됩니다.

위 서술된 내용을 화학적으로 풀어보겠습니다.



▶ 물은 H2O입니다.

 이산화탄소는 CO2입니다.

 물과 이산화탄소가 만나면 H2CO3 (탄산)입니다. 참고로 HCO3 는 탄산수소염이라고 부릅니다. 나중에 보실일이 있으니 미리 알고계시길 바랍니다.

 이제 이 탄산 (H2CO3) 이 석회 (CaCO3) 와 만나면 Ca(HCO3)2 로 됩니다. 그리고 우리는 이것을 탄산수소칼슘 (Calcium Bicarbonate) 이라고 부릅니다. 기존의 칼슘 성분이 없는 물이 칼슘 성분을 머금게되어 경도는 올라가게 됩니다. 용어가 낯설기 때문에 어렵게 느끼실 수 있지만 자주 보시다보면 익숙해지실 겁니다.


 

다음으로 위에서 잠깐 언급된 경도에 대한 설명을 드리겠습니다.

경수는 우리의 일생활과 아주 밀접한 관계를 가지고 있습니다.


눈으로 물의 경도를 짐작할 수 없지만 물의 경도가 높으면 여러 가지 방법으로 그 정도가 짐작될 수 있습니다.

예를 들어 물을 끓였을 때 물에 고형물이 둥둥 떠다니거나 물을 아무리 부으며 비누를 비벼대로 거품이 나지 않기도 하고 욕조에 물을 담아두었던 수위가 고스란히 표시되고 물이 담겨진 곳과 담겨지지 않은 곳의 색상이 차이나기도 합니다. 물론 크리스탈 잔이나 유리병 등을 깨끗이 세척해도 잔여물이 남아 보기 좋지 않기도 합니다.

 


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우리는 정도에 따라 물이 경수냐 연수냐로 표현하는데 기준은 물 속 칼슘과 마그네슘양을 ppm 으로 측정하는 방법을 사용합니다. 참고로 ppm part per millions 의 약자로 1,000,000 분의 1 이라고 생각하시면 됩니다. 그리고 1mg/L 와도 같은 의미로 사용하실 수 있습니다.


 

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미국의 지역별 대략적인 물의 경도 수치 비교



참고로 미국의 경우 경도는 17.1 ppm에서 5,985 ppm 까지 다양하게 분포되어 있는 것으로 조사되었다고 합니다. 그리고 우리나라는 상수도는 일반적으로 35 - 80 pppm 정도의 경도를 보이고 있으며 먹는물 기준법에 의하면 300 ppm 이하까지 먹는물로 사용해도 허용되는 것으로 나타나 있습니다


다른 국가에 비해 경도가 상대적으로 낮게 나타나는 이유는 우리나라의 지질을 구성하는 대부분이 화강암이기 때문이며 이에 따라 우리나라를 대표하는 북한산, 속리산, 월악산 등의 명산들 역시 화강암 지질을 가지고 있기 때문인데 이에 대해서는 나중에 다시한번 설명드리도록 하겠습니다.

 

다시 경도 내용으로 돌아가서 경도는 몇 가지로 나누어 설명할 수 있으나 일반적으로 총 경도와 비탄산염 경도 (=영구경도), 탄산염 경도 (=일시 경도)로 구분해서 이야기 할 수 있습니다.

총 경도는 말 그대로 전체의 경도 사항을 말하며 영구경도와 일시 일시 경도가 그 전체 개념안에 포함된 것 이라고 생각하시면 됩니다.

 

일반적으로 좀처럼 녹지 않은 탄산칼슘 (CaCO3) 이나 탄산마그네슘 (MgCO3)은 탄산 (H2CO3)에 잘 녹습니다. 탄산은 용액의 상태로만 존재하고 열이 가해지면 아주 쉽게 이산화탄소 (CO2) 이나 물 속 칼슘 등과 반응하여 CaCO3 (석회) 형태로 변환됩니다.



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전자현미경으로 본 Lime Scale 사진



이렇게 열을 가하는 방식으로 만으로도 쉽게 석출시키고 침전시켜 물 속 경도를 낮출 수 있게 되므로 일시 경도라고 부릅니다. 우리가 커피 시장에서 언급하는 스케일이 이 부분에 속하게 되는 것입니다. 그래서 우리는 물 속 많은 비중을 차지하는 칼슘 성분이 결합하여 석회로 될 수 있는 탄산수소염 (HCO3)이나 탄산이온 (CO3) 이 어느정도 있는지 확인하고 필요에 따라 연수를 하게 됩니다.



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일시 경도 성분은 끓였을 때 쉽게 침전됨을 생활 속에서 쉽게 접할 수 있다


연수의 방법 역시 여러 가지가 있습니다. 연수의 경우 인위적으로 물 성을 이해하고 이용하는만큼 물의 변화된 성질이 최종적으로 사용되기까지 문제를 발생할 수 있는 조건들은 없는지 살펴보는 것도 중요합니다. 왜냐하면 최종 사용 시점에 필요한 물이 성질로 변환시키는 것만 생각하고 그 물이 흘러가는 과정이나 저장 시간등을 생각하지 않는다면 물의 성질이 변하거나 다른 문제를 발생시키기 때문입니다. 물론 생각지도 못한 장점이 있다면 더 좋겠지만요.

 

아무튼 일시경도로 커피 시장에서 많이 언급되는 스케일에 대한 이해가 되셨을 것이라 생각합니다.

하지만 일시경도로 인한 석회 침전은 사실 그리 간단하지 않습니다. 왜냐하면 단지 열 (Heat 또는 Energy) 와 칼슘 (Ca) 그리고 HCO3 (탄산수소염) 등이 석회 침출의 주인공이지만 그 주인공들의 운명을 뒤바꾸는 조연들 (적절한 표현인지 모르겠습니다만) 도 존재하기 때문입니다


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부식성과 스케일의 외줄 타기 : 랑겔리어 지수는 예민한 물의 성질을 쉽게 파악 할 수 있는 대표적인 지표



조연들과 관련된 내용은 랑겔리어 지수이며 (langelier satulation index) 이 내용을 이해해야 일시 경도를 조금 더 깊게 이해하실 수 있습니다. 기회가 되면 심화 내용에 다시 한번 다룰 수 있도록 하겠습니다.

 

영구 경도는 칼슘과 마그네슘이 수용성 염화물 (Chloride) 와 수용성 황산염 (Sulfate) 이 칼슘이나 마그네슘과 반응하여 생성된 물질을 말하며 물을 끓이는 방식으로 제거할 수 없는 성질의 것들을 말합니다.

 

오늘은 쉽게 접하지 않았을만한 내용들과 용어들이 나와 읽기 힘드셨을 것이라 생각됩니다. 자주 접하지 않아서 그렇지 자주 읽고 보고하시다보면 자연스럽게 접하시게 될 것이라 생각합니다.

다음 시간에는 위 내용들에 대한 추가 설명과 용어 설명을 드릴 수 있도록 하겠습니다.


 

To be continued



최금두   Pentair Everpure 한국대리점 대표, 한국커피협회 워터 소믈리에 팀장
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Subject: A TO Z For WATER
Content: 물 관련 일반 상식에서부터 물이 음료에 끼치는 영향 등을 간략하게 정리하여 물 관련 이해를 도와 일상 생활에 유용한 정보를 제공하고자 합니다.

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