랑겔리아 지수 (Langelier Saturation Index, LSI)

1. 정의

랑겔리아 지수(LSI)는 물의 **탄산칼슘(CaCO₃)**의 포화 상태를 평가하기 위해 개발된 수질지표입니다.

• 주요 목적: 물이 탄산칼슘 침전(스케일 형성)을 일으킬 가능성이 있는지, 또는 물이 부식성(부식 발생 가능성)이 있는지를 판단.
• 1936년 미국의 화학자 W.F. Langelier가 제안.

2. 계산 공식

LSI는 아래의 간단한 수식으로 계산됩니다:

LSI=pH−pHs​

• pH: 물의 실제 측정된 pH.
• pHₛ: 물의 탄산칼슘 포화 pH로, 물이 탄산칼슘(CaCO₃)과 평형을 이루는 상태에서의 pH입니다.

pHₛ는 다음 공식으로 계산됩니다:

pHs=(9.3+A+B)−(C+D)

여기서,

• A : 물의 온도(°C)와 관련된 상수.
• B : 물의 총 용존고형물(TDS) 농도와 관련된 상수.
• C : 물의 칼슘 경도(Ca²⁺ 농도)와 관련된 상수.
• D : 물의 알칼리도(탄산염, HCO₃⁻ 농도)와 관련된 상수.

3. LSI 값의 해석

LSI 값	의미
LSI > 0	스케일 형성 가능성: 물이 탄산칼슘을 과포화 상태로 함유하고 있어 스케일(석회 침전물)이 형성될 가능성이 있음.
LSI = 0	평형 상태: 물이 탄산칼슘과 화학적 평형 상태를 유지하고 있음. 스케일 형성이나 부식이 발생하지 않음.
LSI < 0	부식성 물: 물이 탄산칼슘을 불포화 상태로 함유하고 있어 부식을 일으킬 가능성이 있음.

4. 주요 변수

LSI 값은 물의 화학적 조성과 환경 조건에 따라 크게 영향을 받습니다.

가. 온도

• 온도가 높아질수록 탄산칼슘의 용해도가 감소하여 스케일 형성 가능성이 증가합니다.

나. 경도(Ca²⁺ 농도)

• 경도가 높을수록 탄산칼슘 침전의 가능성이 커집니다.

다. 알칼리도(HCO₃⁻ 농도)

• 알칼리도가 높으면 pHₛ가 낮아져 스케일 형성 가능성이 증가합니다.

라. TDS (총용존고형물)

• TDS가 높을수록 물의 화학적 복잡성이 증가해 pHₛ가 낮아지는 경향이 있습니다.

5. 응용 분야

가. 상수도 및 산업용수 관리

• LSI를 통해 배관 내 스케일 형성 여부를 예측하고, 부식 방지제를 추가하거나 경수 연화 처리를 결정합니다.
• 스케일이 발생하면 배관 효율이 저하되고, 부식은 금속관의 수명을 단축시킬 수 있음.

나. 냉각수 시스템

• 냉각수의 화학적 균형을 유지하기 위해 LSI를 사용하여 스케일 형성과 부식을 방지.

다. 역삼투압(RO) 시스템

• 막 스케일링 방지를 위해 공급수의 LSI를 분석하고, 필요시 항스케일링제를 투입.

라. 수처리 플랜트 설계

• 원수의 화학적 특성을 이해하고, 스케일과 부식을 줄이기 위한 설계를 할 때 사용.

6. LSI와 다른 지수의 비교

랑겔리아 지수 외에도 스케일링 및 부식성을 평가하는 지표들이 있습니다.

• Ryznar 안정성 지수(RSI): LSI와 유사하지만 부식성을 보다 세밀하게 분석합니다.
• Stiff & Davis 지수: 해수와 같은 높은 TDS 환경에서 사용.
• Puckorius Scaling Index (PSI): 냉각수 시스템에서 활용.