Langelier Index

왜 배우는가: Langelier Index(LI, 랑게리에 지수)는 수돗물이 관로와 설비에 탄산칼슘 스케일을 만들지, 아니면 콘크리트·금속 표면을 부식시킬지를 예측하는 대표 지표다. 관망 부식과 스케일 대책을 세우는 실무에서 기준처럼 쓰이며, 상수도 기술사 시험에서 부식지수별 현상과 대책을 묻는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제131회 1교시 9번, 제118회 1교시 5번, 제114회 1교시 12번, 제97회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

랑게리에 지수(LI)는 수중 탄산칼슘의 포화 상태를 실제 pH와 포화 pH의 차로 나타낸 값으로, 양수이면 스케일 생성, 음수이면 부식 경향을 뜻한다.

• 랑게리에 지수(LI)
• 포화 pH(pHs)
• 탄산칼슘 포화도
• 스케일 생성 경향
• 부식 경향
• 알칼리도·경도·수온
• pH 조정

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 물이 탄산칼슘을 녹이려 드는지 석출시키려 드는지를 한 숫자로 알려 주는 값이다. 물이 석회질 막을 만들면 관 내부가 좁아지고 통수능이 떨어진다. 반대로 물이 석회질을 녹이면 관벽이 얇아져 부식이 진행된다. LI는 이 두 방향을 구분해 주는 지표다.

정식 정의는 다음과 같다. 랑게리에 지수(Langelier Saturation Index, LSI)는 물의 실제 pH에서 탄산칼슘이 포화되는 pH인 포화 pH(pHs) 를 뺀 값이다. 1936년 Wilfred Langelier가 pHs를 구하는 방법을 제시하면서 이 지수가 쓰이기 시작했다.

$LI = pH - pH_s$

여기서 pH는 측정한 실제 수소이온농도 지수이고, pHs는 그 수질에서 CaCO3가 포화될 때의 pH다.

판정 기준은 다음과 같다.

• LI > 0 : 과포화 상태이며 CaCO3 스케일이 석출되려는 경향이 있다.
• LI = 0 : 포화 평형 상태이며 스케일이 생기지도 녹지도 않는다.
• LI < 0 : 미포화 상태이며 고체 CaCO3를 녹이는 경향이 있다. 이때 관벽의 탄산칼슘 피막이 용해되어 부식이 진행된다.

포화 pH(pHs) 는 칼슘경도, 알칼리도, 수온, 총용존고형물(TDS)에 따라 달라진다. 같은 pH라도 경도와 알칼리도가 높으면 pHs가 낮아져 LI가 양의 방향으로 커지고, 스케일이 생기기 쉬워진다.

탄산칼슘 포화도는 물이 탄산칼슘을 얼마나 머금을 수 있는지를 나타내는 평형 상태다. 수질 조건이 변하면 이 평형이 깨지고, LI는 그 방향을 알려 준다.

3. 등장 배경과 필요성

상수도 관로와 정수 설비의 가장 큰 문제 중 하나는 물이 관벽에 일으키는 화학 반응이다. 스케일이 과도하게 쌓이면 마찰손실이 커지고 통수능이 줄어든다. 반대로 부식이 진행되면 관 두께가 줄고 누수와 적수 민원이 늘어난다. 두 문제는 같은 수질 조건에서 서로 반대 방향으로 나타나므로, 한쪽만 보고 처리하면 다른 쪽 문제가 생긴다.

이 때문에 정수장 후단의 pH 조정, 알칼리도 조정, 석회 주입 같은 안정화 처리가 필요하다. LI는 이런 처리의 목표를 정하는 기준이 된다. 수질이 바뀔 때마다 LI를 계산하면 어느 방향으로 처리를 조정해야 하는지 판단할 수 있다.

따라서 LI는 부식 대책과 스케일 대책을 함께 묻는 상수도 관망 유지관리 문제에서 출발점이 된다. 관망 내 적수, 관 세척 주기, 방식 설비 설계를 결정할 때 근거로 쓰인다.