24년 1회차

정수시설기준상 응집처리시설 설치 여부를 가르는 원수 탁도 기준은 제시된 20 NTU보다 낮은 값으로 규정되어 있어 해당 설명은 옳지 않다.

저수지·지하수를 상수원으로 하고 원수 탁도가 낮은 경우 보통침전지를 생략할 수 있고, 침전지는 탁질 변동을 흡수해 여과지 부담을 완화하는 기능을 하며, 병원성미생물 오염 우려가 있을 때 경사판 침전을 고려할 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

황산은 위험성이 크고 희석 시 발열이 심하므로 진한 상태 그대로 저장·계량하여 주입하는 것이 일반적이며, 사용 전 별도로 농도를 희석해 사용한다는 설명은 옳지 않다.

수산화나트륨은 결정 석출을 막기 위해 20~25% 농도를 유지하고, 소석회·소다회는 건식 주입이 가능하며, 소석회 사용 시 완속여과지 운영에 지장을 줄 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

이론적 제거율은 침강속도와 표면부하율의 비로 구하며, 표면부하율을 침강속도와 같은 단위로 맞춘다.

표면부하율 $V_0=30\ \mathrm{m^3/m^2/d}=\dfrac{30000\ \mathrm{mm}}{1440\ \mathrm{min}}\approx20.8\ \mathrm{mm/min}$이다.

제거율 $=\dfrac{v}{V_0}\times100=\dfrac{10}{20.8}\times100\approx48\%$가 된다.

표면적을 크게, 플록의 침강속도를 크게, 유입 유량을 적게 하는 세 가지가 제거율을 높이는 방법이다.

횡류식 침전지의 이론 제거율은 입자의 침강속도와 표면부하율 $V_0 = \dfrac{Q}{A}$ 의 비로 결정된다. 표면적 A를 키우거나 유입 유량 Q를 줄이면 표면부하율이 작아져 더 느리게 가라앉는 플록까지 붙잡을 수 있고, 응집을 잘해 플록을 크고 무겁게 만들면 침강속도가 커져 제거율이 올라간다.

따라서 표면부하율을 크게 한다는 것은 같은 면적에 더 많은 유량을 흘려 침강 여유를 줄이는 것이므로 제거율을 떨어뜨린다. 수심보다 표면적이 제거 성능을 지배한다는 것이 횡류식 침전 이론의 요지다.

급속여과는 주로 부유물질(탁질) 제거를 목표로 하는 공정이며, 용존성 오염물질 제거는 활성탄 등 별도 공정이 필요하므로 여과지만으로 이를 원활히 처리하도록 설계한다는 설명은 옳지 않다.

중력식을 표준으로 하고 탁질부하와 부하변동 흡수능력에 맞추어 설계하며, 세척이 충분히 이루어지도록 하는 것은 급속여과지의 타당한 설계 요건이다.

탁질당 응집제 주입량(Al/T비)이 높은 플록은 수산화물 위주로 부피가 크고 무르게 형성되어 전단력에 약한, 즉 강도가 낮은 경향을 보이므로 해당 설명은 옳지 않다.

강한 교반으로 형성된 플록은 전단력에 강해 쉽게 누출되지 않고, 공극률이 큰 여재를 쓰면 체적여과에서 플록이 내부까지 침투할 수 있으며, 여재입경이 작을수록 억류효과가 높아진다는 설명은 모두 타당하다.

여과모래를 세립화할수록 여과층 표면 부근에서 탁질이 집중적으로 억류되어 손실수두가 빠르게 증가한다.

세립자를 사용하면 억류효과가 좋아 여과모래층 두께를 상대적으로 줄일 수 있고, 표면 부근에 탁질이 쌓이는 표면여과 경향이 강해져 오히려 머드볼이 생기기 쉬운 조건이 된다.

수도법상 여과 공정만으로 병원성미생물(바이러스 포함)의 최소제거·불활성화 기준을 충족하려면 바이러스까지 걸러낼 만큼 공극이 작은 막이 필요하며, 나노여과가 이에 해당한다.

정밀여과와 한외여과는 세균·원충 제거에는 효과적이지만 공극이 상대적으로 커서 바이러스까지는 여과만으로 충분히 제거하기 어렵고, 급속여과 역시 탁질 제거가 주목적이라 여과만으로 병원성미생물 기준을 만족시키기 어렵다.

염소가스 저장량이 일정 기준값 미만인 소규모 시설까지 중화반응탑 설치를 의무화하는 것은 아니므로, 저장량이 1,000 kg 미만이면 반드시 설치해야 한다는 설명은 옳지 않다.

중화제로는 수산화나트륨용액이 널리 쓰이고, 중화반응탑은 충전탑식·회전흡수방식·경사판방식 등이 있으며, 처리능력은 시간당 처리 가능한 염소가스량(kg/h)으로 표시한다는 설명은 모두 타당하다.

수도법령상 여과수 탁도는 4시간 간격으로 1일 6회 이상 측정하도록 정해져 있어, 6시간 간격 1일 4회라는 설명은 옳지 않다.

급속여과 정수시설은 0.3 NTU 이하, 완속여과 정수시설은 0.5 NTU 이하를 매월 측정 시료의 95% 이상에서 충족해야 하며, 혼합수를 채취할 수 없는 경우 모든 여과지에서 개별적으로 시료를 채취한다는 설명은 모두 타당하다.

염소가스는 공기보다 무거워 바닥 부근에 체류하므로 제해장치의 흡인구는 하부에 설치해야 하며, 상부에 설치한다는 설명은 옳지 않다.

누출된 액화염소의 증발을 억제하기 위해 피트를 설치하고, 저장실 측구는 외부와 관통되지 않도록 하며, 저장실과 주입기실은 분리하는 것이 바람직하다는 설명은 모두 타당하다.

CT값은 소독제 농도(C)와 접촉시간(T)의 곱으로 정의되므로 $C=\dfrac{CT}{T}$로 최소 농도를 구한다.

$C=\dfrac{25}{10}=2.5\ \mathrm{mg/L}$

수도법령상 병원성미생물에 의한 오염 우려가 있는 경우 수도꼭지에서 유지해야 하는 유리잔류염소의 최소농도는 0.4 mg/L이다(평상시 기준은 0.1 mg/L).

수도법령의 정수처리기준이 대상으로 삼는 병원성미생물은 바이러스, 지아디아 포낭, 크립토스포리디움 난포낭 세 가지다.

정수처리기준은 이 세 가지에 대해 제거·불활성화 정도를 규정하여, 바이러스와 지아디아 포낭은 제거 또는 불활성화를, 크립토스포리디움 난포낭은 여과에 의한 제거를 요구한다. 이를 확인하기 위해 여과수 탁도와 소독능(CT)을 관리하도록 하고 있다.

함께 제시된 살모넬라, 분원성 연쇄상구균, 여시니아균은 샘물·먹는샘물 등의 수질기준 검사항목에 나오는 미생물로, 정수처리기준에서 제거·불활성화비를 정한 대상은 아니다.

배슬러지지의 상징수는 재이용을 위해 정수공정으로 직접 반송되는 것이 아니라 배출수지로 반송되어 처리 계통 내에서 관리되므로 해당 설명은 옳지 않다.

배출량 조정은 배출수지와 배슬러지지가 담당하고, 배출수지에는 여과지 역세척배출수가 유입되며, 배슬러지지는 침전지의 슬러지체류능력이 충분하면 1지만으로도 설치할 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

슬러지 농축조의 설계용량은 계획슬러지량의 24~48시간분으로 하는 것이 표준이다.

고형물 부하를 지나치게 높이면 오히려 농축 효과가 떨어지고, 바닥면 경사는 슬러지가 잘 모이도록 1/10 이상으로 두므로 1/10 이하라는 설명은 반대이며, 발암 우려가 있는 아크릴아미드계 고분자응집제는 액상보다 분말형을 사용하는 것이 안전 측면에서 권장된다.

오존은 소독부산물인 트리할로메탄(THM) 자체를 효과적으로 제거하는 처리법이 아니며, 오히려 유기물과 반응해 브로메이트 등 다른 부산물을 생성할 수 있으므로 해당 설명은 옳지 않다.

색도가 높은 원수에 오존을 직접 주입할 수 있고, 오존 투입은 응집 효과를 향상시킬 수 있으며, 부산물 생성 문제 때문에 활성탄처리와 병행하는 것이 바람직하다는 설명은 모두 타당하다.

자외선 소독의 효과는 조사강도와 접촉시간의 곱인 자외선 조사량으로 결정되므로 부유물 농도·용존 유기물 농도·경도·유입 유량이 모두 영향인자가 된다.

• 부유물 농도: 입자가 자외선을 산란·차폐하고 미생물이 입자에 가려져 유효 조사량이 떨어진다.
• 용존 유기물 농도: 유기물이 자외선을 흡수해 자외선 투과율(UVT)을 낮춘다.
• 경도: 칼슘·마그네슘 성분이 램프 석영슬리브 표면에 스케일을 형성해 조사강도를 감소시킨다.
• 유입 유량: 반응조 내 체류시간을 좌우해 접촉시간을 결정한다.

따라서 네 인자를 함께 관리해야 설계 조사량이 실제로 확보된다.

겔(gel)층 형성은 세정으로 회복이 가능한 가역적 파울링 현상에 해당하며, 막 구조 자체가 변하는 비가역적 열화로 보기 어렵다.

pH·온도에 의한 화학적 분해, 장기 압력부하에 의한 막구조 압밀화, 미생물 분비물에 의한 생화학적 변화는 막 자체를 손상시키는 비가역적 열화에 해당한다.

폭기(에어스트리핑)는 휘발성유기화합물인 트리클로로에틸렌과 같은 물질을 공기 중으로 휘산시켜 제거하는 데 효과적이다.

질산성질소, 음이온계면활성제, 경도 물질은 휘발성이 낮아 폭기만으로는 효과적으로 제거되지 않고 각각 다른 처리 공정이 필요하다.

정답은 시약바탕시료(reagent blank)의 정의로, 시료 없이 추출·농축·정제·분석의 전 과정에 사용되는 모든 시약과 용매만을 동일하게 처리하여 측정한 것을 말한다.

나머지 설명은 다른 정도관리 용어와 혼동한 것이다.

• 방법검출한계(MDL)는 시험방법 전체 절차를 거쳐 검출할 수 있는 최소 농도를 뜻하며, '기기'가 검출할 수 있는 최소 농도(기기검출한계)와는 다른 개념이다.
• 정량한계(LOQ)는 정량이 불가능한 값이 아니라 반대로 시험분석 대상을 정량할 수 있는 최소한의 농도 또는 양을 의미한다.
• 시료와 동일한 매질에 표준물질을 첨가해 검정곡선을 작성하는 방법은 표준물첨가법이며, 내부표준법은 표준용액과 시료 모두에 동일한 내부표준물질을 첨가해 상대 감응비로 보정하는 방법이다.

플라스마의 높은 온도와 비활성 분위기는 화학적 결합·이온화를 억제하므로 화학적 간섭의 발생 가능성을 오히려 낮추는 요인이다.

따라서 화학적 간섭 가능성이 높다는 서술은 ICP-AES의 특성과 반대된다.

플라스마 기체 성분에 의한 분광학적 간섭, 알칼리 금속 공존 시 방출선 세기 증대, 시료의 물리적 성질 차이에 따른 흡입량 변화는 모두 실제로 나타나는 간섭 현상이다.

수질오염공정시험기준상 4℃ 보관 시 최대보존기간이 가장 긴 항목은 부유물질로, 7일까지 보존이 가능하다.

나머지 항목은 모두 이보다 짧게 규정되어 있다. 색도와 생물화학적 산소요구량(BOD)은 48시간, 전기전도도는 24시간으로 가장 짧다. 특히 BOD는 시료 변질이 빠르므로 가능한 한 즉시 분석하는 것이 바람직하다.

폴리염화알루미늄(PAC)은 원액 상태로 그대로 사용하는 것이 바람직하며, 물에 희석해서 사용하면 가수분해가 진행되어 응집 효과가 떨어질 수 있다.

따라서 5~10w/v%로 용해해 사용하는 것이 바람직하다는 서술은 옳지 않다.

자-테스트의 교반날개 주변속도 약 40cm/s 조절, 응집보조제 저장설비 용량 10일분 이상, 정수장 조건에 따른 자-테스트 방법의 차이는 모두 실제 운영 기준과 부합한다.

입상활성탄 세척의 목적은 탄층에 억류된 탁질을 떼어내 통수능력을 회복시키는 것이며, 세척배출수는 배출수지에서 침전·평균화한 뒤 착수정으로 반송하는 것이 바람직하다.

세척으로는 흡착능력이 되살아나지 않는다. 소모된 흡착능은 재생(열재생 등)으로만 회복되므로, 세척은 폐색으로 커진 손실수두를 낮추고 통수능력을 되돌리는 조작으로 이해해야 한다.

• 동일 입경이라도 활성탄은 밀도(비중)가 모래보다 훨씬 작아 같은 층 팽창률을 얻는 데 필요한 역세척 속도가 모래여과지보다 낮다.
• 활성탄지의 미생물·미소동물 번식을 억제하기 위해 세척빈도를 높이더라도 활성탄의 처리효과가 현저히 저하되지는 않는다.

괄호에 들어갈 것은 잔류오존량 + 배출오존량이다.

오존이용률은 주입한 오존 가운데 실제로 수중 반응에 소비된 몫의 비율이므로, 분자에서는 주입오존량에서 소비되지 않고 남은 오존을 빼야 한다. 남은 오존은 처리수에 남아 있는 잔류오존과 접촉조 상부로 빠져나가는 배출오존(배오존)의 합이다.

정리하면 $\text{이용률}(\%)=\dfrac{\text{주입오존량}-(\text{잔류오존량}+\text{배출오존량})}{\text{주입오존량}}\times100$ 이며, 둘 중 하나만 빼면 남아 있는 오존을 소비된 것으로 잘못 계산하게 된다.

잔류오존량은 20 kg/d이다.

주어진 조건은 수돗물 생산량 50,000㎥/d, 주입오존량 5.0mg/L, 배출오존량 0.1mg/L, 오존이용률 90%이며, 이용률은 주입오존량에서 잔류오존과 배출오존을 뺀 값의 비율이다.

$90=\dfrac{5.0-(C_{\text{잔류}}+0.1)}{5.0}\times100$
$5.0-(C_{\text{잔류}}+0.1)=4.5$
$C_{\text{잔류}}=5.0-4.5-0.1=0.4\,\mathrm{mg/L}$

농도에 생산량을 곱하면 $0.4\,\mathrm{g/m^3}\times 50{,}000\,\mathrm{m^3/d}=20{,}000\,\mathrm{g/d}=20\,\mathrm{kg/d}$ 로, 1일 20kg의 오존이 잔류한다.

염소 냄새가 있을 때 첨가하는 티오황산나트륨의 양은 문제에 제시된 수치와 다르게 규정되어 있어, 해당 서술은 옳지 않다.

티오황산나트륨 사용 시 바탕실험을 병행하는 것, 이 시험기준에서 염소 냄새 자체는 판정 대상에서 제외하는 것, 냄새 판정 시 개인차를 줄이기 위해 5명 이상이 바람직하되 최소 2명 이상이 측정해야 하는 것은 모두 실제 기준에 부합한다.

염소제(유효염소 50%) 5mg/L 투입 시 유효염소로 환산한 투입량은 $5 \times 0.5 = 2.5\ \mathrm{mg/L}$이고, 이때 잔류염소가 0.5mg/L이므로 소요된 염소량(염소요구량)은 $2.5 - 0.5 = 2.0\ \mathrm{mg/L}$(유효염소 기준)이다.

잔류염소 농도를 0.2mg/L로 유지하려면 필요한 유효염소 투입량은 $2.0 + 0.2 = 2.2\ \mathrm{mg/L}$이고, 이를 염소제(유효염소 50%) 투입량으로 환산하면 $\dfrac{2.2}{0.5} = 4.4\ \mathrm{mg/L}$이다.

유량 10,000m³/d를 곱하면 $4.4\ \mathrm{mg/L} \times 10{,}000\ \mathrm{m^3/d} = 44{,}000\ \mathrm{g/d} = 44\ \mathrm{kg/d}$로, 필요 염소제 투입량은 44kg/d이다.

옳은 것은 빛이 차단된 4℃에서 30시간 이내 시험이라는 보존조건과 고리의 안 지름이 약 3mm인 백금이를 쓴다는 설명이다.

미생물 시료는 채취 즉시 시험하는 것이 원칙이고, 부득이한 경우에만 차광·냉장(4℃) 상태로 30시간 이내에 시험해야 균수 변화가 억제되어 결과를 신뢰할 수 있다. 배지 접종에 사용하는 백금이는 규정된 양이 옮겨지도록 고리의 안 지름이 약 3mm인 것을 쓴다.

• 총대장균군의 배양온도는 (35 ± 0.5)℃이며, (40 ± 0.5)℃로 배양하지 않는다.
• 수도꼭지 시료는 수도꼭지를 틀어 2~3분간 흘려버린 뒤 채취하며, 5~10분은 규정된 시간이 아니다.

무기성 탄소(IC)는 수중의 탄산염, 중탄산염, 용존 이산화탄소 등 무기적으로 결합된 탄소의 합을 의미하며, 이는 정의 그대로 옳은 설명이다.

• 용존성 유기탄소(DOC)는 공극 0.60μm이 아니라 0.45μm 여과지를 통과하는 유기탄소를 말한다.
• 이 시험기준의 정량한계는 제시된 수치와 다르게 규정되어 있다.
• 가감법에 의한 DOC 산정식은 제시된 형태가 아니라 총용존탄소에서 무기성 탄소를 뺀 값(용존 유기탄소=총용존탄소-용존무기탄소)으로 나타낸다.

카바릴(carbaryl) 등 카바메이트계 농약은 열에 불안정해 기체크로마토그래피로 분석하기 어렵기 때문에 고성능액체크로마토그래피로 분석하며, 이 연결이 옳다.

• 휘발성유기화합물은 고상추출이 아니라 퍼지·트랩 또는 헤드스페이스로 전처리하여 기체크로마토그래피-질량분석법으로 분석한다.
• 유기인계농약은 헤드스페이스가 아니라 용매추출 후 기체크로마토그래피(-질량분석법)로 분석한다.
• 1,4-다이옥산도 제시된 전처리법이 아니라 고상추출 또는 헤드스페이스 방식이 규정되어 있다.

정수지의 수리학적 체류시간(정수지 사용용량/시간당 최대통과유량)에 정수지 구조에 따른 환산계수(배플계수)를 곱해 이론적인 소독제 접촉시간으로 삼는 방법은 옳은 설명이다.

• 추적자시험으로 실제 접촉시간을 구할 때는 최초 주입지점에 투입된 추적자의 30%가 아니라 10%(T10)가 유출지점으로 빠져나오는 시점을 접촉시간으로 한다.
• 잔류소독제 농도는 안전측 산정을 위해 측정값 중 최대값이 아니라 최소값을 택한다.
• 접촉시간은 배수지가 아니라 정수지 유출지점까지를 기준으로 측정한다.

먹는물 수질감시항목 운영 등에 관한 고시는 상수원의 조류 발생 단계가 높아질수록 맛·냄새 물질의 검사주기를 짧게 하도록 정하고 있다.

가장 높은 단계인 조류대발생 단계가 발령되면 원수와 정수의 Geosmin, 2-MIB를 주 3회(3회/주) 검사하여야 한다.

먹는물수질공정시험기준상 불소 분석용 시료는 유리(G) 용기를 사용할 경우 유리 성분과의 반응이나 흡착·용출로 결과가 왜곡될 수 있어, 폴리에틸렌(P) 용기에 채취·보관하도록 정하고 있다.

먹는물 수질기준상 심미적 영향물질 중 아연의 기준은 5mg/L가 아니라 3mg/L를 넘지 않아야 하므로, 해당 서술은 옳지 않다.

색도 5도, 동 1mg/L, 알루미늄 0.2mg/L 이하 기준은 모두 실제 먹는물 수질기준과 일치한다.

수질개선부담금은 먹는물 수질관리시책 사업비 지원, 먹는물 수질검사 실시 비용 지원, 먹는물공동시설 관리 비용 지원에 쓰도록 정해져 있다.

먹는물관리법은 샘물등의 개발허가를 받은 자 등에게 부과·징수한 부담금의 용도를 한정하여 열거하고 있으며, 위 세 가지 외에 부담금의 부과·징수에 드는 경비 등이 포함된다.

지하수 자원 보호와 관련한 용도는 환경부령이 아니라 대통령령으로 정하는 용도로 규정되어 있어, 환경부령으로 정한다고 한 항목은 법이 정한 용도와 맞지 않는다.

수도법상 환경부장관은 상수원보호구역 수질관리계획의 추진실적을 정기적으로 평가하도록 되어 있으나, 그 주기는 5년이 아니다.

상수원보호구역을 관할 지자체장이 관리하는 것, 수질관리계획의 타당성 검토 후 필요시 보완을 요구할 수 있는 것, 관리상태를 환경부령으로 정하는 바에 따라 평가하는 것은 모두 옳은 설명이다.

수도법상 급수설비의 검사 기준 및 절차에 필요한 사항은 대통령령이 아니라 환경부령으로 정하도록 되어 있어, 해당 서술은 옳지 않다.

일반수도의 수도시설관리권을 일반수도사업자가 가지는 것, 대통령령으로 정하는 기준에 맞는 자를 수도시설관리자로 임명하는 것, 상수도관망시설운영관리사를 배치하여 관리하도록 하는 것은 모두 옳은 설명이다.

물환경보전법상 국가 물환경관리기본계획은 환경부장관이 10년마다 수립하도록 정하고 있다.

폴리염화알루미늄(PAC) 저장설비는 염소이온에 의한 부식(응력부식균열) 우려가 있어 스테인리스가 아니라 고무라이닝, FRP 등 내식성 재질을 사용하는 것이 원칙이므로, 해당 짝짓기는 옳지 않다.

액상황산알루미늄에 에폭시수지 라이닝을 적용하는 것, 수산화나트륨 저장설비를 밀폐식 구조로 하는 것, 소다회 저장설비를 방습구조로 하는 것은 모두 적절한 보완대책이다.

바스켓스트레이너는 이물질을 걸러내어 노즐이 막히는 것을 방지하기 위해 설치하는 장치이므로, 설치하면 오히려 노즐이 막힐 수 있다는 서술은 사실과 반대되어 옳지 않다.

위어가 하류에 난류를 발생시키는 것, 파샬플륨 사용 시 도수현상과 함께 심한 난류가 발생하는 것, 벤투리미터로 유량계 전후의 압력차를 이용해 혼화하는 것은 모두 수류식 혼화장치의 실제 특성이다.

고농도의 슬러지를 배출하는 경우에는 슬러지의 유동성을 높여 수집이 쉽도록 고려해야 한다는 것은 흡입방식의 실제 운영상 옳은 설명이다.

• 침전지 규모가 크고 고농도 슬러지 배출이 필요한 경우에는 고정식 수집기보다 흡입방식이 유리하다.
• 흡입방식은 기계류가 수중이 아니라 대부분 수면 위에 위치해 보수점검 부담이 오히려 적다는 것이 장점이다.
• 슬러지 퇴적량은 유입측에서 유출측으로 갈수록 적어지는 것이 일반적이다.

침전지 슬러지 배출관은 관로 점검·청소를 위해 필요한 경우 맨홀을 설치하는 것이 바람직하며, 이는 옳은 설명이다.

• 슬러지 배출관은 슬러지 수집기와는 별도로 침전지 상부가 아닌 하부에 설치한다.
• 관경은 1회 배출량을 처리할 수 있는 양보다 작게가 아니라 크게 설계한다.
• 관로가 긴 경우에는 균일한 배출을 위해 경사를 작게가 아니라 크게(급하게) 한다.

세척탱크의 유출관에 공기가 혼입되는 것을 방지해야 한다는 것은 역세척 수량과 압력을 안정적으로 유지하기 위한 옳은 설명이다.

• 세척탱크 용량은 1지를 여러 번 나누지 않고 한 번에 세척할 수 있는 수량 이상으로 충분히 크게 하는 것이 바람직하다.
• 역세척에 필요한 수압은 탱크의 설치 높이로 확보하는 것이지 탱크의 수심을 깊게 해서 얻는 것이 아니므로, 수심을 가능한 한 깊게 하라는 서술은 옳지 않다.
• 양수펌프는 90분이 아니라 더 짧은 시간(약 60분) 이내에 탱크를 채울 수 있는 성능으로, 고장에 대비해 1대가 아닌 복수로 설치하는 것이 바람직하다.

티타늄은 건조한 염소가스나 액화염소와 접촉 시 격렬하게 반응해 발화할 위험이 있는 금속이어서, 저장조용 재료로 사용하지 않는다.

압력배관용 탄소강관, 용기인출용 동관, 수입배관용 탄소강강관은 액화염소용 배관에 실제로 사용되는 재료들이다.

가압탈수기 소요대수는 2대이다.

탈수기 1대가 하루에 처리하는 고형물량은 여과농도 × 여과면적 × 실가동시간으로 구한다.

$20\,\text{kg-D.S./㎡}\cdot\text{h}\times 5\,\text{㎡/대}\times 6\,\text{h/d}=600\,\text{kg-D.S./대}\cdot\text{d}$

소요대수 $=\dfrac{1{,}200\,\text{kg-D.S./d}}{600\,\text{kg-D.S./대}\cdot\text{d}}=2$ 이므로 2대면 1일 발생 슬러지를 모두 탈수할 수 있다.

농형유도전동기는 3상 교류로 구동되는 대표적인 3상 유도전동기이다.

분산(분상)기동형, 콘덴서기동형, 반발기동형 전동기는 모두 단상유도전동기의 기동 방식에 해당한다.

동기전동기는 회전속도가 동기속도로 일정하게 유지되고 역률을 좋게 운전할 수 있으나, 회전자의 자극을 여자하기 위해 별도의 직류전원이 필요하다.

• 유도전동기는 오히려 구조가 간단하고 값이 저렴하다는 것이 특징이다.
• 타여자·자여자 구분은 계자 여자방식에 따른 직류전동기의 분류이지 동기전동기의 분류가 아니다.
• 직류전동기는 속도제어가 쉬운 대신 정류자와 브러시의 보수·점검이 번거롭다는 단점이 있다.

수·변전설비의 설비용량은 평균전력이 아니라 최대전력에 충분히 대응할 수 있도록 설계해야 하므로, 해당 서술은 옳지 않다.

안전상 책임한계점에 구분개폐기를 설치하는 것, 책임한계점 부하측에 주차단기를 설치하는 것, 고압용 개폐장치로 진공절연 소호방식과 스위치기어방식을 표준으로 하는 것은 모두 옳은 설명이다.

비접지계통의 영상전류(지락전류)는 영상변류기(ZCT)를 통해 검출한다.

1차, 2차 전압이 서로 다르면 변압기 사이에 순환전류가 흘러 권선이 과열되어 소손될 우려가 있을 뿐, 이로 인해 출력이 증가하는 것은 아니므로 해당 서술은 옳지 않다.

저항과 리액턴스 비율 차이로 부하 역률에 따라 분담이 변화해 소손 우려가 있는 것, 임피던스 전압 차이로 낮은 쪽 변압기가 과부하되어 소손되는 것, 각변위 차이로 순환전류가 흘러 권선온도 상승과 고장으로 이어지는 것은 모두 병렬운전의 실제 문제점이다.

역률 개선에 필요한 콘덴서 용량은 $Q = P(\tan\theta_1 - \tan\theta_2)$로 구한다.

역률 85%에서 $\tan\theta_1 = \dfrac{\sqrt{1-0.85^2}}{0.85} \approx 0.620$이고, 역률 95%에서 $\tan\theta_2 = \dfrac{\sqrt{1-0.95^2}}{0.95} \approx 0.329$이다.

따라서 $Q = 300 \times (0.620 - 0.329) \approx 87.3\ \mathrm{kVar}$로 콘덴서 용량은 약 87.3kVar이다.

계측기 지시·기록계 분류에서 다이어프램식은 부르동관식과 같은 기계식 압력검출 방식에 속하므로, 이를 전기식으로 연결한 것은 옳지 않다.

기계식-부르동관식, 전기식-가동코일형, 전자식-자동평형형의 연결은 실제 방식과 동작원리에 부합한다.

표준단극전위가 낮은 금속인 마그네슘 등을 관에 양극으로 설치해 관과의 전위차로 이종금속전지를 형성시켜 방식전류를 얻는 방법은 유전양극법(희생양극법)이다.

외부전원법은 외부 직류전원을 이용하고, 선택배류법과 강제배류법은 전철 등 외부 누설전류를 이용하는 방식이어서 설명과 부합하지 않는다.

관내에 편류(비대칭 유속분포)가 있을 때는 초음파가 한 번 왕복하는 경로만 이용하는 방식보다, 왕복 경로를 두 번 거치게 하여 측정하는 2V법이 측정 경로가 길고 유속 분포의 불균일성을 상쇄할 수 있어 정밀도가 높다.

정수장의 수위 측정에는 플로트식, 차압식, 초음파식 등 다양한 방식이 사용된다는 것은 옳은 설명이다.

수위 측정 데이터는 참고자료가 아니라 정수장 운전에 필수적이며, 초음파식은 닫힌 저수조뿐 아니라 개방 수조에도 널리 사용되고, 차압식 역시 정수처리 분야에서 실제로 자주 사용되는 방식이라는 점에서 나머지 서술은 옳지 않다.

초음파유량계(전파시간차 방식)는 입자나 기포가 포함된 물에서는 초음파 신호가 산란·감쇠되어 오히려 측정이 어려워지므로, 효과적이라는 서술은 옳지 않다.

차압유량계가 벤츄리관·오리피스의 축관에 의한 차압을 이용하는 것, 터빈형유량계가 점성이 높지 않은 액체에 적합한 것, 와류유량계가 점성이 크거나 오염된 유체에서 잘 작동하지 않는 것은 모두 옳은 설명이다.

물질안전보건자료(MSDS)의 구성성분 함유량은 영업비밀 등을 고려해 함유량의 ±5퍼센트포인트(%P) 범위 내에서 하한값~상한값으로 표시를 대신할 수 있으므로 옳은 설명이다.

• 한글 작성이 원칙이지만 화학물질명과 외국기관명 등은 예외로 원어(영문 등)로 적을 수 있다.
• 시험결과를 반영할 때에는 국제기구의 결과가 아니라 우수실험실기준(GLP)·공인시험기관 인정 등 신뢰성이 확보된 시험자료를 우선 고려한다.
• 작성단위는 미국 환경보호청(EPA) 기준이 아니라 국내 계량 관계 법령에서 정하는 단위를 따른다.

상부에 배출구가 있는 운반용기의 배출구에는 압력계가 아니라 개폐 및 밀폐가 가능한 밸브가 설치되어 있어야 하므로, 해당 서술은 옳지 않다.

용기가 부식·열화 등 손상에 적절히 보호되어야 하는 것, 내압 및 취급·운반 시 하중에 의한 응력에 안전해야 하는 것, 틀로 둘러싸인 용기본체가 항상 틀 내에 보호되어야 하는 것은 모두 옳은 기술기준이다.

물의 밀도는 0℃가 아니라 4℃에서 가장 크므로, 해당 서술은 옳지 않다.

물의 단위중량이 4℃, 1기압에서 1,000kgf/m³인 것, 수온이 상승하면 점성계수가 작아지는 것, 수격작용 해석 시 물의 압축성을 고려해야 하는 것은 모두 물의 성질에 관한 옳은 설명이다.

직각삼각형 예연위어의 유량은 월류수심의 5/2제곱에 비례하므로, 수심 측정오차가 유량오차로 증폭된다.

$Q = K H^{5/2}$ 관계에서 상대오차는 $\dfrac{dQ}{Q} = \dfrac{5}{2}\times\dfrac{dH}{H}$로 계산된다.

월류수심 오차가 2%이므로 유량 오차는 $\dfrac{5}{2}\times 2\% = 5\%$가 된다.

Moody 선도의 천이영역에서는 상대조도가 일정할 때 레이놀즈수가 커질수록 마찰손실계수가 점차 작아지다가 완전난류(거친관) 영역의 점근값에 가까워진다.

• Moody 선도는 층류·천이·난류 전 영역을 포함하며, 층류영역은 $f = 64/Re$ 직선으로 표시되므로 층류에서 적용할 수 없다는 설명은 틀렸다.
• 층류영역의 마찰손실계수는 레이놀즈수에 반비례하며 비례한다는 설명은 틀렸다.
• Moody 선도의 매개변수는 절대조도(mm)가 아니라 상대조도(조도높이/관경)이므로 이 설명도 틀렸다.

오리피스에서의 토출유속은 약 8.23 m/s이다.

그림은 상부가 막힌 물탱크로, 수면 위 공기층에 계기압력 p가 걸려 있고 수면에서 아래로 h만큼 떨어진 측벽에 작은 오리피스가 있어 그곳에서 유속 V로 물이 뿜어져 나오는 형태다. 따라서 오리피스에 작용하는 유효수두는 수심 h에 공기층 압력수두를 더한 값이다.

압력수두 $\dfrac{p}{\gamma}=\dfrac{30{,}000\,\mathrm{N/m^2}}{9{,}800\,\mathrm{N/m^3}}=3.06\,\mathrm{m}$
유효수두 $H=h+\dfrac{p}{\gamma}=4+3.06=7.06\,\mathrm{m}$

유속계수를 곱하면 $V=C_v\sqrt{2gH}=0.7\times\sqrt{2\times 9.8\times 7.06}=0.7\times 11.76\approx 8.23\,\mathrm{m/s}$ 로, 공기층 압력을 수두로 환산해 더하는 것이 이 문제의 핵심이다.

차원표시가 옳은 것은 밀도 [ML^-3], 힘 [MLT^-2], 표면장력 [MT^-2]이다.

밀도는 질량을 부피로 나눈 값이라 $[\mathrm{ML^{-3}}]$, 힘은 질량×가속도이므로 $[\mathrm{MLT^{-2}}]$, 표면장력은 단위길이당 힘(N/m)이어서 $\dfrac{\mathrm{kg\cdot m/s^2}}{\mathrm{m}}=[\mathrm{MT^{-2}}]$ 가 된다.

반면 유량은 단위시간당 부피(㎥/s)이므로 차원이 $[\mathrm{L^3T^{-1}}]$ 이다. 제시된 $[\mathrm{MT^{-1}}]$ 은 단위시간당 질량, 곧 질량유량의 차원이어서 옳지 않다.

등류·부등류의 구분은 위치에 따라 흐름특성이 변하는지(공간적 변화) 여부로 나누는 것이며, 시간에 따른 변화 여부는 정상류·비정상류를 구분하는 기준이다. 따라서 시간 변화 여부로 등류·부등류를 나눈다는 설명은 옳지 않다.

유립선(유맥선)은 일정시간 동안 특정 지점을 지나간 모든 입자의 현재 위치를 이은 선, 유선은 특정 순간 유속벡터에 접하는 접선들을 이은 선, 유적선은 한 입자가 실제로 지나온 경로를 나타내는 선으로 각각 옳게 서술되어 있다.

연속방정식과 베르누이 방정식을 적용하면 관경이 줄어드는 구간에서 유속이 증가하고 그만큼 압력은 감소한다.

유속은 $V_1 = \dfrac{Q}{A_1} = \dfrac{0.3}{(\pi/4)(0.4)^2} \approx 2.39\ \mathrm{m/s}$, $V_2 = \dfrac{Q}{A_2} = \dfrac{0.3}{(\pi/4)(0.2)^2} \approx 9.55\ \mathrm{m/s}$이다.

베르누이 방정식 $\dfrac{P_1}{\gamma} + \dfrac{V_1^2}{2g} = \dfrac{P_2}{\gamma} + \dfrac{V_2^2}{2g}$에 대입하면 $P_2 \approx 157\ \mathrm{kPa}$로 계산된다.

최적수리단면은 주어진 단면적에서 윤변을 최소로 하여, 결과적으로 동수반경(경심)을 최대로 만드는 단면이다. 동수반경을 최소로 한다는 설명은 반대로 서술된 것이므로 옳지 않다.

직사각형에서는 수심이 수로폭의 절반일 때, 주어진 경사·조도에서 최소 흐름단면으로 계획유량을 흘려보낼 수 있을 때가 각각 최적수리단면의 조건이므로 나머지 설명은 옳다.

교반강도(G)는 $G = \sqrt{\dfrac{P}{\mu V}}$로 정의되며, 동력의 제곱근에 비례한다. 동력의 제곱근에 반비례한다는 설명은 옳지 않다.

점성계수 $\mu$가 분모에 있으므로 점성계수의 제곱근에는 반비례하며, 점성계수는 수온에 따라 변하므로 G값도 수온의 영향을 받는다.

또한 응집·플록 성장 과정에서는 플록 파괴를 막기 위해 하류로 갈수록 교반강도를 점차 낮추는 테이퍼드 플록형성이 바람직하다.

옳은 것은 프루드수가 중력에 대한 관성력의 비라는 점과 한계류일 때 값이 1이라는 점이다.

개수로에서는 자유수면을 지배하는 중력과 관성력의 상대적 크기가 흐름상태를 결정한다. $F_r \lt 1$ 이면 상류(常流), $F_r=1$ 이면 한계류, $F_r \gt 1$ 이면 사류(射流)로 구분한다.

• 층류와 난류를 구분하는 무차원수는 점성력에 대한 관성력의 비인 레이놀즈수이다.
• 정의식은 $F_r=\dfrac{V}{\sqrt{gh}}$ 이며, 제곱근이 빠진 $\dfrac{V^2}{gh}$ 형태는 옳지 않다.

다르시-바이스바흐 식 $h_f = f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}$에서 손실수두는 관 길이(L)에 비례하므로, 관이 길어질수록 마찰손실수두는 증가한다.

• 손실수두는 속도수두에 비례하지 반비례하지 않는다.
• 손실수두는 관경(D)에 반비례하므로 관경이 커지면 오히려 마찰손실수두는 감소한다.
• 단면 급확대·급축소 손실은 축소각이 클수록 손실계수가 커지므로, 축소각이 클수록 손실이 작다는 설명은 반대로 서술된 것이다.

역세척수량은 여과지 면적에 역세척속도와 역세척시간을 곱하여 구한다.

여과지 면적은 $A = \dfrac{\pi}{4}\times 4^2 \approx 12.57\ \mathrm{m^2}$이다.

역세척수량은 $Q = 20\ \mathrm{L/m^2 \cdot s} \times 12.57\ \mathrm{m^2} \times 300\ \mathrm{s} \approx 75{,}400\ \mathrm{L} \approx 75.4\ \mathrm{m^3}$로 계산되며, 이는 하루 여과량과 무관하게 산정되는 값이다.

관내 유속을 구한 뒤 다르시-바이스바흐 식으로 마찰손실수두를 계산한다.

유량 $Q = 5\ \mathrm{m^3/min} = 0.0833\ \mathrm{m^3/s}$, 단면적 $A = \dfrac{\pi}{4}(0.2)^2 \approx 0.0314\ \mathrm{m^2}$이므로 유속은 $V = Q/A \approx 2.65\ \mathrm{m/s}$이다.

$h_f = f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g} = 0.015\times\dfrac{100}{0.2}\times\dfrac{2.65^2}{2\times 9.8} \approx 2.69\ \mathrm{m}$로 계산된다.

만관(滿管) 원형관에서는 경심 $R=D/4$를 이용해 매닝공식으로 유속을 구하고, 여기에 단면적을 곱해 유량을 산정한다.

동수경사는 $I = h_f/L = 30/1000 = 0.03$, 경심은 $R = 0.5/4 = 0.125\ \mathrm{m}$이다.

유속은 $V = \dfrac{1}{n}R^{2/3}I^{1/2} = \dfrac{1}{0.012}\times0.125^{2/3}\times0.03^{1/2} \approx 3.61\ \mathrm{m/s}$이고, 단면적 $A=\dfrac{\pi}{4}(0.5)^2\approx0.196\ \mathrm{m^2}$를 곱하면 유량은 $Q = VA \approx 0.709\ \mathrm{m^3/s}$로 계산된다.

스토크스 법칙에 따르면 침강속도는 $V_s = \dfrac{g(\rho_s-\rho)d^2}{18\mu}$로 표현되며, 입자와 액체의 비중차에 비례한다.

• 스토크스 법칙은 응결하지 않는 저농도의 독립입자 침전(Ⅰ형 침전)에 적용되는 식으로, 응결성이 있고 농도가 높은 입자에는 적용할 수 없다.
• 침강속도는 입자직경의 제곱에 비례하지 반비례하지 않는다.
• 수온이 높아지면 물의 점성계수가 작아져 침강속도는 오히려 빨라진다.

펌프의 용량·대수 결정 원칙으로 네 설명이 모두 옳다.

송수는 정수장에서 배수지까지 대체로 일정한 수량을 보내는 계통이므로 효율이 높은 운전점에서 정해진 수량을 양수할 수 있도록 용량과 대수를 정한다. 반면 배수펌프는 급수량이 시간대별로 크게 변하므로 수량의 시간적 변동에 대응할 수 있게 대·소 조합 등으로 정한다.

대수는 계획수량의 최대·최소·평균과 고장·점검 시를 함께 고려해 결정하며, 원칙적으로 예비기를 설치하되 펌프가 정지되어도 급수에 지장이 없는 경우에는 예비기를 두지 않을 수 있다.

수격작용에 의한 압력상승을 경감하는 방법으로는 완폐식·급폐식 체크밸브, 콘밸브 등 밸브류를 이용한 방법이 쓰인다.

반면 압력수조를 설치하는 방법은 정전 등으로 펌프가 급정지할 때 발생하는 압력강하(부압)를 경감하기 위한 대책이므로, 압력상승 경감방법에는 해당하지 않는다.

양수량을 분(min) 단위로 환산해 비속도(비교회전도)를 구하면 약 248이고, 이 영역에 적합한 형식은 원심펌프이다.

비교회전도는 $N_s=\dfrac{N\sqrt{Q}}{H^{3/4}}$ 로 구하며, Q는 ㎥/min, H는 m, N은 rpm 단위로 대입한다.

Q = 0.3㎥/s × 60 = 18㎥/min 이므로
$N_s=\dfrac{1{,}000\times\sqrt{18}}{44^{3/4}}=\dfrac{1{,}000\times4.243}{17.08}\fallingdotseq 248$

양수량을 ㎥/s 그대로 넣으면 32가 나오는데, 이는 단위환산을 빠뜨린 값이다. 비교회전도가 대략 100~250이면 원심펌프, 250~700이면 사류펌프, 700 이상이면 축류펌프 영역이므로 248은 원심펌프에 해당한다.

펌프 동력식을 이용해 양수 유량을 구한다.

전양정은 실양정과 손실수두를 더한 $H = 110 + 10 = 120\ \mathrm{m}$이다.

$P = \dfrac{\gamma Q H}{\eta}$에서 $Q = \dfrac{P\eta}{\gamma H} = \dfrac{9{,}500{,}000 \times 0.85}{9800 \times 120} \approx 6.87\ \mathrm{m^3/s}$로 계산된다.

모터 소요동력은 펌프 축동력을 다시 모터 효율로 나눈 값이므로 약 49.0kW이다.

흡입구 지름 400mm, 유속 2.0m/s에서 유량은
$Q=\dfrac{\pi}{4}(0.4)^2\times 2.0=0.2513\ \mathrm{m^3/s}$

수동력은 $P_w=9.8\,QH=9.8\times0.2513\times14\fallingdotseq 34.5\ \mathrm{kW}$ 이고, 펌프 효율 80%를 반영한 축동력은 $\dfrac{34.5}{0.8}\fallingdotseq 43.1\ \mathrm{kW}$ 이다.

여기에 모터 효율 88%까지 나누면 $\dfrac{43.1}{0.88}\fallingdotseq 49.0\ \mathrm{kW}$ 가 된다. 펌프 효율만 반영한 43.1kW는 축동력이지 모터 소요동력이 아니므로 구분해야 한다.