16-3
다음은 「사무실 공기관리 지침」에 정해진 사무실 오염물질의 관리기준이다. 빈칸 ①~③에 알맞은 값을 쓰시오.
| 오염물질 | 관리기준 |
|---|---|
| 이산화탄소(CO₂) | 1,000 ppm 이하 |
| 일산화탄소(CO) | ( ① ) |
| 이산화질소(NO₂) | ( ② ) |
| 라돈(Radon) | ( ③ ) |
① 10 ppm 이하
② 0.1 ppm 이하
③ 148 Bq/m³ 이하
[해설]
「사무실 공기관리 지침」은 사무실 공기의 오염물질별 관리기준을 다음과 같이 정하고 있다.
| 오염물질 | 관리기준 |
|---|---|
| 미세먼지(PM10) | 100 μg/m³ 이하 |
| 초미세먼지(PM2.5) | 50 μg/m³ 이하 |
| 이산화탄소(CO₂) | 1,000 ppm 이하 |
| 일산화탄소(CO) | 10 ppm 이하 |
| 이산화질소(NO₂) | 0.1 ppm 이하 |
| 포름알데히드(HCHO) | 100 μg/m³ 이하 |
| 총휘발성유기화합물(TVOC) | 500 μg/m³ 이하 |
| 라돈(Radon) | 148 Bq/m³ 이하 |
| 총부유세균 | 800 CFU/m³ 이하 |
| 곰팡이 | 500 CFU/m³ 이하 |
값을 외우기보다 오염물질이 어디서 나오는지와 묶어 두면 잘 붙는다. 일산화탄소(10 ppm 이하)와 이산화질소(0.1 ppm 이하)는 연소 부산물로, 주차장·도로에서 유입되거나 실내 연소기구에서 나온다. 이산화탄소는 재실자의 호흡에서 나오므로 그 값 자체가 환기가 충분한지를 보여 주는 지표 구실을 한다. 포름알데히드와 총휘발성유기화합물은 건축자재·가구·접착제에서 방출되어 신축이나 리모델링 직후에 높게 나오고, 총부유세균과 곰팡이는 냉방기 응축수나 가습기처럼 물이 고이는 곳에서 번식한다.
라돈의 단위에 특히 주의해야 한다. 라돈은 토양·암반에서 스며 나오는 방사성 비활성기체여서 질량이 아니라 방사능의 세기로 농도를 나타낸다. 단위는 초당 붕괴 수를 뜻하는 베크렐을 써서 148 Bq/m³ 이하이며, 148 μg/m³로 인쇄한 교재가 있으나 질량농도 단위를 잘못 붙인 오식이다. 건물 바닥·벽의 틈을 막고 지하층 환기를 확보하는 것이 라돈 관리의 핵심이다.
참고로 오존과 석면은 예전 지침에 관리기준이 있었으나 현행 관리기준 항목에는 들어 있지 않고, 대신 초미세먼지(PM2.5)가 추가되었다.
작업장 바닥에 벤젠 2 L를 흘렸다. 흘린 벤젠이 모두 증발했다고 할 때 공기 중으로 증발한 벤젠 증기의 부피(L)를 구하시오.
• 작업장은 25 ℃, 1기압이다.
• 벤젠의 분자량은 78.11이고 비중은 0.879이다.
550.29 L
[해설]
액체 부피 → 질량(비중 이용) → 몰수 → 기체 부피 순서로 푼다. 25 ℃·1기압의 몰부피는 24.45 L/mol이다.
질량 = 2 × 1,000 mL × 0.879 g/mL = 1,758 g
몰수 = 1,758 / 78.11 = 22.507 mol
V = 22.507 × 24.45 = 550.29 L
혼동 주의: 21 ℃라면 몰부피 24.1 L를 써서 542.41 L가 나오므로 문제에 주어진 온도에 맞춰야 한다.
16-3
NIOSH의 들기작업 지침(권장무게한계, RWL)을 적용할 수 있는 작업의 조건을 2가지 쓰시오.
① 두 손으로 대칭적으로 들어 올리는 작업일 것
② 들어 올리는 물체의 폭이 75 cm 이하일 것
[해설]
NIOSH 권장무게한계(RWL)는 일정 조건의 들기작업을 실험해 얻은 계수들을 곱해 구하므로, 그 전제조건을 벗어난 작업에는 식을 쓸 수 없다.
- 두 손 대칭 들기 — 한 손으로 들거나 몸을 비틀어 드는 작업은 대상이 아니다.
- 물체 폭 75 cm 이하 — 폭이 너무 넓으면 팔을 크게 벌려야 해서 수평거리 계수의 전제가 깨진다.
혼동 주의: 한 손 들기·앉아서 들기·삽처럼 도구로 퍼 올리는 작업은 RWL 적용 대상이 아니라 다른 평가도구를 쓴다.
16-3
입경이 30 μm이고 밀도가 5 g/cm³인 분진 입자의 침강속도(cm/sec)를 구하시오.
(단, 공기의 점성계수는 1.78 × 10⁻⁴ g/cm·sec, 중력가속도는 980 cm/sec², 공기의 밀도는 0.001293 g/cm³이다.)
13.76 cm/sec
[해설]
층류 영역에서 구형 입자의 침강속도는 Stokes 식으로 구한다. 모든 값을 cm·g·sec 단위로 맞추므로 입경 30 μm는 3 × 10-3 cm로 바꾼다.
Vs = d2(ρp − ρ)g / 18μ
= (3 × 10-3)2 × (5 − 0.001293) × 980 / (18 × 1.78 × 10-4)
= 0.04409 / (3.204 × 10-3) = 13.76 cm/sec
침강속도는 입경의 제곱에 비례하므로 입경 단위 환산을 놓치면 답이 크게 틀어진다. 공기 밀도는 입자 밀도에 비해 매우 작아서 생략해도 값이 거의 같다.
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합류관에서는 주덕트와 분지관이 만나는 각도에 따라 유입손실이 달라진다. 아래 표를 이용하여 합류각도를 90°에서 30°로 바꿀 때 합류관에서 발생하는 압력손실을 몇 mmH₂O 줄일 수 있는지 구하시오.
(단, 속도압은 두 경우 모두 10 mmH₂O이다.)
| 합류각도 | 15° | 30° | 45° | 90° |
| 압력손실계수 | 0.09 | 0.18 | 0.28 | 1.00 |
8.2 mmH₂O
[해설]
합류관의 유입손실은 속도압 × 압력손실계수로 구하며, 표가 각도별 계수를 직접 주므로 그대로 대입한다.
ΔP = ζ × VP
90° : 1.00 × 10 = 10 mmH2O
30° : 0.18 × 10 = 1.8 mmH2O
10 − 1.8 = 8.2 mmH2O
혼동 주의: 곡관처럼 θ/90을 또 곱하면 각도 보정을 두 번 하는 셈이라 9.4 mmH2O 같은 오답이 나온다. 분지관을 30° 안팎으로 완만하게 합류시키라는 설계 원칙이 여기서 나온다.
16-3
1일 작업시간이 8시간을 넘는 비정상 작업에서는 허용농도를 보정해야 한다. OSHA의 기준에서 이 보정을 생략할 수 있는 경우를 3가지 쓰시오.
① 천장값(TLV-C)으로 정해져 있는 노출기준
② 기술적으로 타당성이 없는 노출기준
③ 가벼운 자극만 일으킬 뿐 만성중독을 야기하지 않는 물질의 노출기준
[해설]
비정상 작업의 허용농도 보정에서 OSHA 방법은 물질의 성질을 따진다. 체내에 축적되어 만성장해를 일으키는 경우가 아니면 기준을 보정하지 않는다.
- 천장값(TLV-C)은 한순간도 넘으면 안 되는 상한이라서 노출시간과 관계없이 그대로 지킨다.
- 기술적으로 타당성이 없는 노출기준은 측정·관리기술의 한계로 이미 최저 수준이어서 더 낮춰도 지키거나 확인할 수 없다.
- 가벼운 자극만 일으키고 만성중독이 없는 물질은 영향이 곧 사라지고 축적되지 않으므로 노출시간이 늘어도 보정할 이유가 없다.
혼동 주의: Brief·Scala 방법은 물질을 가리지 않고 노출시간과 회복시간만으로 보정계수를 똑같이 적용한다.
16-3
어느 작업장의 공기 중에 직경이 5 μm이고 비중이 2.5인 입자상 물질이 부유하고 있다. 작업장의 높이가 2.7 m일 때, 부유한 입자가 모두 바닥에 가라앉은 뒤 청소를 시작하려면 작업을 멈춘 뒤 몇 분이 지나야 하는지 구하시오.
24 min
[해설]
입자의 침강속도는 Lippmann 식(Vs는 cm/sec, d는 μm 단위)으로 구하고, 가장 높은 곳의 입자가 바닥까지 내려오는 시간을 구하므로 높이 2.7 m는 270 cm로 바꿔 넣는다.
Vs = 0.003 × ρ × d2
Vs = 0.003 × 2.5 × 52 = 0.1875 cm/sec
t = 270 ÷ 0.1875 = 1,440 sec
1,440 ÷ 60 = 24 min
침강속도는 입경의 제곱에 비례하므로 입경이 절반이면 가라앉는 시간은 4배가 된다.
16-3
에틸벤젠(TLV = 100 ppm)을 취급하는 작업에 근로자가 1일 12시간 종사하고 있다. Brief와 Scala의 방법으로 보정한 허용농도(ppm)를 구하시오.
50 ppm
[해설]
Brief와 Scala의 보정계수(RF)는 노출시간이 늘어난 몫(8/H)과 회복시간이 줄어든 몫((24 − H)/16)을 곱해 구한다.
RF = (8 / 12) × (24 − 12) / 16 = 0.667 × 0.75 = 0.5
보정 허용농도 = 100 ppm × 0.5 = 50 ppm
혼동 주의: 천장값(TLV-C)으로 정해진 물질에는 이 보정을 적용하지 않는다.
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주물공장에서 발생하는 분진을 유리섬유여과지로 채취하여 측정하였다. 채취 전 여과지의 무게는 0.5 mg이었고, 채취한 뒤 건조시켜 단 무게는 2 mg이었다. 이 작업장의 분진농도(mg/m³)를 구하시오.
(단, 시료채취 유량은 2 L/min이고 채취시간은 120분이다.)
6.25 mg/m³
[해설]
중량분석법의 분진농도는 포집된 분진 질량 ÷ 채취 공기량이다.
C = (W2 − W1) ÷ (Q × T)
분진 질량 = 2 − 0.5 = 1.5 mg
채취 공기량 = 2 L/min × 120 min = 240 L = 0.24 m3
C = 1.5 ÷ 0.24 = 6.25 mg/m3
혼동 주의: 1 L = 10-3 m3 환산을 빠뜨리면 1,000배 어긋난 답이 나온다. 여과지를 건조한 뒤 다는 것은 습기를 머금어 무게가 부풀지 않게 하기 위해서다.
작업환경관리 대책의 기본원칙 4가지를 쓰시오.
① 대치
② 격리
③ 환기
④ 교육
[해설]
작업환경관리 대책은 대치 → 격리 → 환기 → 교육 순서로 외운다. 앞쪽에 있을수록 유해요인 자체를 없애는 근본 대책이다.
- 대치는 공정·시설·유해물질을 덜 유해한 것으로 바꾸는 것이다(예: 벤젠을 톨루엔으로 바꾸기).
- 격리는 거리·차단벽·밀폐·원격조작·작업시간 분리로 근로자와 유해요인을 떼어 놓는 것이다.
- 환기는 국소배기로 발생원에서 바로 뽑아내거나 전체환기로 실내 농도를 낮추는 것이다.
- 교육은 관리자와 근로자에게 유해성·작업방법·보호구 사용법을 알리는 관리적 대책이다.
혼동 주의: 개인보호구는 네 원칙에 들지 않으며 다른 대책으로 노출을 막지 못할 때 쓰는 최후의 수단이다.
16-3
부피가 2,000 m³인 작업장에서 사용하던 벤젠(C₆H₆, 비중 0.88) 4 L가 모두 증발하였다. 이때 작업장 내 벤젠의 농도(ppm)를 구하시오.
(단, 21 ℃·1기압이고, 작업장 안팎으로 공기의 유입과 유출은 없으며, 증발한 벤젠은 작업장 안에서 완전히 혼합된 것으로 본다.)
544.31 ppm
[해설]
액체가 모두 증발했을 때의 농도는 증기 부피 ÷ 작업장 부피 × 106(ppm)이다. 액체 부피를 질량으로, 질량을 몰수로, 몰수를 기체 부피로 차례로 바꾼다.
질량 = 4 L × 0.88 g/mL × 1,000 mL/L = 3,520 g
21 ℃ 몰부피 = 22.4 × (273+21)/273 = 24.12 L/mol
증기 부피 = 3,520/78 × 24.12 = 1,088.6 L = 1.0886 m3
농도 = 1.0886/2,000 × 106 = 544.31 ppm
벤젠(C6H6)의 분자량은 12×6 + 1×6 = 78이다. 몰부피를 24.1로 반올림하면 약 543.8 ppm이 나오는데, 이는 반올림 차이일 뿐이다.
다음 조건에서 조성비를 이용하여 공기의 밀도(kg/m3)를 구하시오.
• 25 ℃, 1기압 기준이다.
• 공기의 조성비는 질소(분자량 28) 78 %, 산소(분자량 32) 21 %, 아르곤(분자량 40) 0.9 %, 이산화탄소(분자량 44) 0.03 %이며, 그 밖의 성분은 고려하지 않는다.
1.18 kg/m3
[해설]
기체 밀도는 평균분자량 ÷ 몰부피로 구한다. 기체의 부피분율은 곧 몰분율이므로 조성비로 가중평균해 평균분자량을 얻는다.
25 ℃·1기압의 몰부피는 22.4×298/273 = 24.45 L/mol이다.
1.18 kg/m3
혼동 주의: g/L와 kg/m3는 수치가 같아 환산할 필요가 없다. 0.9 %는 0.009, 0.03 %는 0.0003으로 옮긴다.
16-3
습식 세정집진장치의 하나인 벤투리 스크러버는 어떤 원리로 오염물질을 제거하는지 설명하시오.
목 부분을 좁혀 함진가스를 고속으로 통과시키면서 그 지점에 세정액을 분사하여, 잘게 부서진 액적과 먼지 입자를 관성충돌로 결합시킨 뒤 후단의 분리부에서 액적을 기체와 분리해 먼지를 제거하는 습식 세정장치
[해설]
벤투리 스크러버는 좁은 목부를 지나는 고속 기류로 세정액을 미세 액적으로 부순 뒤, 먼지를 관성충돌로 포집하는 습식 집진장치다.
- 목 부분 고속 통과 — 단면을 좁혀 함진가스의 유속을 크게 높인다.
- 세정액 분사 — 목부에 뿌린 물이 고속 기류에 부서져 아주 작은 액적이 된다.
- 관성충돌 결합 — 액적과 먼지의 상대속도가 커서 먼지가 액적을 비켜 가지 못하고 부딪혀 붙는다.
- 분리부 — 먼지를 품은 액적을 후단의 사이클론·데미스터 등에서 기체와 분리한다.
1 μm 안팎의 미세입자까지 잘 잡지만 압력손실이 매우 커서 동력비가 많이 든다.
16-3
어느 작업장에서 먼지를 제거하기 위해 필요환기량 300 m³/min으로 송풍기를 설치하였다. 설치 직후 측정한 송풍기의 정압은 50 mmH₂O였으나, 3개월 뒤 다시 측정하니 32 mmH₂O로 낮아졌다. 다음 물음에 답하시오.
(1) 3개월 뒤 이 송풍기의 배기량(m³/min)을 구하시오.
(2) 송풍기의 정압이 감소한 원인을 송풍기에서 찾아 2가지 쓰시오.
(1) 240 m³/min
(2) ① 임펠러의 마모·분진 부착이나 벨트 이완에 따른 송풍기 자체의 성능 저하
② 송풍기와 덕트 연결부의 풀림에 따른 공기 누설
[해설]
배기량은 송풍기 상사법칙으로 구한다. 풍량은 회전수에, 정압은 회전수의 제곱에 비례하므로 풍량은 정압의 제곱근에 비례한다.
240 m³/min
정압 감소 원인은 송풍기 쪽에서만 찾으라고 했으므로 덕트 막힘 같은 계통 문제는 답이 되지 않는다.
- 송풍기 자체의 성능 저하 — 임펠러가 마모되거나 분진이 붙고 벨트가 늘어져 미끄러지면 실제 회전수가 떨어져 정압이 낮아진다.
- 연결부 공기 누설 — 송풍기와 덕트의 이음부가 풀리면 바깥 공기가 새어 들어 만들어야 할 압력이 빠져나간다.
혼동 주의: 정압은 36 % 줄었지만 풍량은 제곱근 관계라 20 %만 줄어든다.
16-3
톨루엔이 시간당 0.24 L 발생하는 작업장에서 폭발을 방지하기 위한 필요환기량(m³/min)을 구하시오.
(단, 조건은 다음과 같다.)
• 톨루엔의 분자량 : 92.13
• 톨루엔의 비중 : 0.9
• 작업장 온도 : 80 ℃
• 폭발하한계(LEL) : 5 vol%
• 온도에 대한 보정상수 : 1.0
• 안전계수 : 8
0.18 m³/min
[해설]
폭발방지 환기량은 증기 농도를 폭발하한계(LEL)의 안전계수분의 1 이하로 희석하는 데 필요한 공기량이다. 식의 24.1은 21 ℃의 몰부피이므로 마지막에 실제 온도 80 ℃로 환산한다.
Q = 24.1 × S × W × C × 102 / (M × LEL × B)
= 24.1 × 0.9 × 0.24 × 8 × 102 / (92.13 × 5 × 1.0) = 9.04 m3/hr
= 9.04/60 = 0.1507 m3/min (21 ℃ 기준)
80 ℃ 환산 = 0.1507 × (273+80)/(273+21) = 0.18 m3/min
혼동 주의: B는 온도가 오르면 LEL 자체가 낮아지는 것을 보정하는 상수(120 ℃까지 1.0, 그 이상 0.7)이다. 온도비 환산은 기체의 부피 팽창을 보정하는 것이어서 둘을 함께 적용해도 이중 보정이 아니다.
청력보호구인 귀마개의 장점과 단점을 각각 2가지씩 쓰시오.
(1) 장점
① 부피가 작아 휴대·보관이 간편하다
② 안전모·보안경 등 다른 보호구와 간섭이 없고 고온·다습한 작업에서도 착용할 수 있다
(2) 단점
① 외이도에 질환이 있으면 착용할 수 없고, 오염된 손으로 착용하면 외이도에 염증이 생길 수 있다
② 귀덮개보다 차음효과가 낮고 착용 상태에 따라 개인차가 크다
[해설]
귀마개는 외이도 안에 끼워 소리를 막는 청력보호구다. 장점은 작다는 데서, 단점은 귀 안에 넣는다는 데서 나온다.
- 장점(휴대·보관) — 부피가 작아 가지고 다니거나 보관하기 쉽다.
- 장점(간섭 없음) — 귀를 덮지 않아 안전모·보안경과 부딪히지 않고, 고온·다습한 작업장에서도 덥지 않게 쓸 수 있다.
- 단점(귀 질환·감염) — 외이도에 질환이 있으면 쓸 수 없고, 오염된 손으로 끼우면 외이도에 염증이 생길 수 있다.
- 단점(차음 편차) — 착용 상태에 따라 밀착 정도가 달라 귀덮개보다 차음효과가 낮고 사람마다 차이가 크다.
혼동 주의: 귀덮개는 반대로 차음효과가 크고 귀에 질환이 있어도 쓸 수 있지만, 부피가 크고 덥다.
16-3
저용량 에어 샘플러(low volume air sampler)로 시료를 채취하여 분석한 결과 납의 정량치가 15 μg이고 총 흡인유량은 250 L였다. 공기 중 납의 농도(mg/m³)를 구하시오.
(단, 회수율은 95 %로 가정한다.)
0.06 mg/m³
[해설]
공기 중 농도는 정량치를 회수율로 나누어 실제 포집량으로 되돌린 뒤, 이를 채취한 공기량으로 나눈 값이다. 분석값 15 μg은 실제 포집량의 95 %만 읽힌 값이기 때문이다.
C = 정량치 / (V × 회수율)
= 0.015 mg / (0.25 m3 × 0.95)
= 0.0632 ≈ 0.06 mg/m3
혼동 주의: 회수율을 곱하면 0.057 mg/m3가 나와 노출을 과소평가하게 된다. 계산 전에 15 μg = 0.015 mg, 250 L = 0.25 m3로 단위부터 맞춘다.
16-3
개구면의 크기가 1 m × 0.6 m인 후드를 통해 18 m³/min의 공기가 덕트로 유입된다. 이때 적절한 덕트의 직경(cm)을 정수로 구하시오.
(단, 시판되는 덕트의 직경은 1 cm 간격이고, 덕트의 최소 반송속도는 1,000 m/min이다.)
15 cm
[해설]
덕트 직경은 유량 ÷ 최소 반송속도로 필요한 단면적을 구한 뒤 원의 넓이 식으로 환산한다.
15 cm
최소 반송속도는 하한이라서 직경을 키우면 유속이 떨어져 조건을 어기게 된다(16 cm면 약 895 m/min). 그래서 계산값을 내림해 15 cm(약 1,019 m/min)를 고른다.
혼동 주의: 후드 개구면 1 m × 0.6 m는 덕트 직경 계산에 쓰지 않는 조건이다.
16-3
면적이 10 m²인 문을 음압레벨 110 dB인 음파가 통과할 때, 이 문을 통과한 음파의 음향파워(W)를 구하시오.
1 W
[해설]
면적 S를 통과하는 음파는 PWL = SPL + 10 log S로 음향파워레벨을 구한 뒤, 기준파워 10-12 W를 써서 파워로 되돌린다.
PWL = 110 + 10 log 10 = 120 dB
120 = 10 log(W / 10-12)
W = 1012 × 10-12 = 1 W
혼동 주의: 음압레벨은 측정 위치에 따라 달라지지만 음향파워는 음원이 가진 고유한 양이다. 그래서 같은 110 dB이라도 통과 면적이 10배가 되면 파워도 10배가 된다.
고농도의 분진이 발생하는 작업장에 대한 작업환경관리대책을 4가지 쓰시오.
① 작업공정의 습식화
② 발생원의 밀폐 또는 포위
③ 국소배기장치 설치(필요시 전체환기장치 병행)
④ 호흡용 보호구(방진마스크)의 지급 및 착용
[해설]
분진 대책은 발생 억제 → 확산 차단 → 제거 → 개인보호 순서로 세운다.
- 작업공정의 습식화 — 물을 뿌려 입자를 무겁게 만들어 애초에 날리지 않게 한다.
- 발생원의 밀폐 또는 포위 — 위치가 고정된 발생 설비를 덮개나 부스로 감싸 작업장 공기와 차단한다.
- 국소배기장치 설치 — 발생원 가까이 둔 후드로 분진을 빨아들여 호흡영역으로 퍼지기 전에 제거하고, 필요하면 전체환기를 보조로 함께 쓴다.
- 호흡용 보호구 지급·착용 — 공학적 대책을 적용한 뒤에도 남는 노출에 대비해 방진마스크를 쓰게 한다.
혼동 주의: 고농도 분진은 전체환기로 희석하는 것만으로는 한계가 있어 국소배기가 우선이다. 보호구는 마지막 수단이며 공학적 대책을 대신하지 못한다.