20년 2회차

응집보조제의 용도와 jar-test에 의한 주입률 결정이 옳은 설명이고, 응집제의 대상과 pH조정제 사용 조건을 서술한 두 항목이 틀렸다.

• 응집제가 대상으로 삼는 것은 콜로이드성 현탁물질이다. 전하를 중화해 플록을 만드는 약품이므로 진용액 상태의 용존물질을 걸러내는 용도가 아니다.
• 수산화나트륨은 알칼리제여서 원수의 pH가 낮을 때 주입한다. pH가 중성보다 높으면 황산 등 산성 약품으로 낮춘다.

응집보조제(활성규산·알긴산나트륨 등)는 플록을 크고 무겁게 만들어 침전·여과 효율을 높이며, 적정 주입률은 실제 원수로 급속혼화·완속교반·침전을 재현해 보는 jar-test로 정하는 것이 일반적이다.

응집제 저장설비의 용량은 계획정수량에 평균주입률을 곱해 산정하고 30일분 이상으로 한다.

저장설비는 장기간의 정상적인 약품 소비를 감당하기 위한 것이므로 순간 최대치가 아니라 평균주입률을 기준으로 잡고, 약품 수급 차질이나 원수 수질 악화에 대비해 30일분 이상의 여유를 둔다.

반면 주입기 등 주입설비의 용량은 최대주입률을 기준으로 정한다는 점이 구분 포인트다. 저장은 평균·장기, 주입은 최대·순간으로 기억하면 혼동을 줄일 수 있다.

플록형성지의 교반설비는 수량이 아니라 수질 변화에 따라 교반강도를 조절할 수 있는 구조로 한다. 플록형성시간은 계획정수량 기준 20~40분이 표준이다. 표준 형태는 직사각형이며, 기계식 교반(플록큐레이터)이나 우류식 교반을 사용한다.

필요한 여과면적은 계획정수량을 여과속도로 나누어 구한다.

$A=\dfrac{180{,}000}{150}=1{,}200\,\mathrm{m^2}$

1지의 여과면적이 100m²이므로 필요한 여과지 수는 $1{,}200\div100=12$지, 즉 12지이다.

급속여과지에서 여재 입경을 작게 할수록 여층의 공극이 미세해져 역세척 시 모래 입자끼리 뭉치기 쉬워 머드볼(mud ball)이 생성되기 쉬워진다.

• 입경이 작을수록 플록을 걸러내는 능력(플록저지율)은 오히려 높아진다.
• 입경이 작을수록 표면여과 경향이 강해진다(약해지지 않는다).
• 입경이 작을수록 여층이 빨리 막혀 손실수두 증가 속도가 빨라진다(느려지지 않는다).

여과사의 균등계수가 1에 가까울수록 입경이 고르게 분포하여 여층의 초기 공극률이 커지고 손실수두가 작아지는 특성을 보인다.

• 균등계수가 1에 가까우면 공극률은 오히려 커진다(작아지지 않는다).
• 입경이 고르면 탁질을 걸러 담을 수 있는 억류가능량도 늘어난다(감소하지 않는다).
• 공극이 균일해 탁질이 여층 깊숙이 고르게 침투·억류되므로 충분한 여과지속시간을 유지하기 쉬워진다(어려워지지 않는다).

랑게리아지수(LI)는 실제 pH에서 탄산칼슘 포화 pH를 뺀 값으로, pH나 알칼리도를 높이는 약품을 주입하면 커진다.

• 수산화칼슘, 수산화나트륨, 소석회는 모두 pH·알칼리도를 상승시켜 LI를 증가시킨다.

반면 이산화탄소를 주입하면 pH가 낮아져 오히려 LI가 감소하므로 LI를 증가시키는 방법으로 볼 수 없다.

액화염소의 저장량은 통상 1일 사용량의 10일분 이상을 기준으로 하며, 30일분이라는 규정은 실제 기준과 다르다.

수도꼭지에서의 유리잔류염소는 0.1mg/L 이상, 4.0mg/L 이하로 유지해야 하고, 암모니아성질소와 결합하면 결합잔류염소가 되어 소독효과가 약해진다.

세균 감소, 조류·소형동물·철박테리아의 사멸과 번식 방지, 철·망간의 산화 제거, 냄새 제거는 모두 전염소·중간염소처리의 목적에 해당한다.

전염소처리는 침전지 이전에, 중간염소처리는 침전지와 여과지 사이에 염소를 주입하는 것으로, 최종 소독이 아니라 후속 공정의 부하를 줄이기 위한 산화 처리가 목적이다.

일반세균이 1mL 중 5,000CFU 이상이거나 대장균군(MPN)이 100mL 중 2,500 이상이면 여과 전에 세균을 줄이고, 용존 철·망간은 미리 산화시켜 불용해성 산화물로 바꿔 침전·여과로 걸러낸다. 황화수소·하수·조류에서 오는 냄새를 없애는 데에도 쓰인다.

다만 원수에 유기물이 많으면 트리할로메탄 등 소독부산물이 생길 수 있어, 주입 지점을 뒤로 옮긴 중간염소처리로 전환하거나 필요한 최소량만 주입한다.

액화염소의 유효염소가 거의 100%라는 점과 차아염소산나트륨의 취급성이 좋다는 점이 옳고, 차아염소산나트륨의 액성과 안정성을 서술한 두 항목이 틀렸다.

• 차아염소산나트륨 용액은 pH 12 내외의 강알칼리성이며, 분해를 막기 위해 알칼리 쪽으로 조정해 보관한다. 산성이 강하다는 서술은 반대다.
• 유효염소 농도가 높을수록 자기분해가 빨라 저장 중 유효염소가 급격히 줄어들므로 고농도일수록 불안정하다. 고온·직사광선·금속 접촉도 분해를 촉진한다.

액화염소는 유효염소가 거의 100%로 경제적이지만 독성 가스여서 누출 대비 설비가 필요한 반면, 차아염소산나트륨은 액체라 누출 위험이 작아 취급이 상대적으로 쉽다.

액화염소 주입설비의 기화기 설치 기준을 묻는 문항으로, 기화기 설치 사용량 기준을 잘못 제시한 설명이 옳지 않다. 사용량이 10 kg/h 이상인 시설에는 기화기를 설치하는 것이 원칙이 아니라 원칙적으로 필수가 아니며, 실제로는 20 kg/h 이상에서 기화기 설치를 권고하거나 필수로 하는 기준이 적용된다.

• 염소주입기실은 주입지점에 가깝게 설치하여 배관 길이를 최소화한다.
• 실내온도 15~20℃ 유지는 액화염소의 적절한 증발을 위해 간접보온장치로 관리된다.
• 주입기실이 주입점 수위보다 높게 설치되어야 사이폰 현상을 방지하고 안전을 확보할 수 있다.

차아염소산나트륨은 고온과 직사광선에 노출되면 분해가 빨라져 유효염소 농도가 저하되므로, 저장조는 직사일광을 피하고 통풍이 잘 되는 서늘한 장소에 설치해야 한다. 온도를 높이는 난방장치를 설치하는 것은 오히려 분해를 촉진시켜 기준에 맞지 않는다.

저장조(용기)는 2기 이상 설치하고, 분해 시 발생하는 수소가스를 배출할 수 있도록 통풍구나 송풍기를 설치해야 한다.

제해설비의 중화반응탑에는 충전탑식, 회전흡수방식, 경사판방식 등의 형식이 있다.

한편 염소 제해설비는 저장량 규모에 따라 요구 수준이 달라지는데, 저장량이 1,000kg 미만인 시설에서는 중화 및 흡수용 제거제를 상비하고, 1,000kg 이상인 시설에서는 중화반응탑 등의 중화장치를 설치하는 것이 기준이다. 이 두 기준을 서로 뒤바꾸어 서술한 내용은 옳지 않다.

슬러지의 탈수성은 Al/T비(응집제 주입률과 탁도의 비)가 낮을수록 비저항 값이 작아져 탈수가 더 잘 이루어진다.

• 탈수성은 수온이 높을수록 점도가 낮아져 향상되므로 동절기가 아니라 하절기에 유리하다.
• 유기물이 많으면 슬러지가 친수성 겔 구조를 이루어 수분을 붙잡으므로 탈수성이 오히려 저하된다.
• 리프테스트는 슬러지의 여과성(탈수성)을 평가하는 시험으로, 침전성을 평가하는 시험이 아니다.

함수율 97%인 슬러지에서 고형물 부피는 탈수 전후에 변하지 않는다는 원리로 계산한다.

초기 고형물 부피는 $210\times(1-0.97)=6.3\ \mathrm{m^3}$이다.

탈수케이크의 함수율이 79%이면 고형물 비율은 21%이므로, 케이크 부피는 $\dfrac{6.3}{1-0.79}=\dfrac{6.3}{0.21}=30\ \mathrm{m^3}$이다.

수돗물의 흑수(검은 물)를 일으키는 주요 원인물질은 망간이며, 수돗물 수질기준은 0.05mg/L 이하다.

용존 상태의 2가 망간이 염소와 만나 이산화망간으로 산화되면 관 내벽에 검은 침착물로 쌓이고, 유속이나 수압이 급변할 때 떨어져 나와 물을 검게 만든다.

같은 방식으로 철은 적수의 원인이고 기준은 0.3mg/L 이하이므로, 원인물질과 물색·기준치를 짝지어 구분해 두는 것이 핵심이다.

활성탄에는 소수성(疎水性)이 강한 물질일수록 잘 흡착되므로, 친수성이 강하고 분자량이 큰 물질일수록 흡착되기 쉽다는 설명은 옳지 않다.

분자량이 지나치게 크면 활성탄의 세공(pore) 안으로 들어가기 어려워 오히려 흡착효율이 떨어진다.

여과공정 전·후 배치와 F/A 운영, 맛·냄새물질·소독부산물·색도 제거 목적, 고정상식과 유동상식 분류는 모두 입상활성탄 처리공정에 대한 옳은 설명이다.

고도산화법(AOP)은 오존과 자외선(UV)을 함께 사용해 OH 라디칼 생성을 촉진하는 O3/UV 방식이 대표적이다.

오존의 분해와 라디칼 생성은 오히려 높은 pH에서 촉진되며, 이산화탄소는 라디칼을 소모하는 물질이고, 적외선은 오존을 광분해시킬 만한 에너지를 갖지 못해 AOP 조합으로 쓰이지 않는다.

오존접촉지는 유지보수나 사고 시 처리계통을 정지하지 않고 우회시킬 수 있도록 우회관(바이패스관)을 설치하는 것이 원칙이므로, 우회관을 설치하지 않는다는 설명은 옳지 않다.

구조를 밀폐식으로 하여 흡수율을 높이고, 처리수량·오존 주입량·잔류오존·대기오존(누출오존) 농도를 상시 계측하며, 오존주입 풍량과 재이용·배오존 풍량의 수지를 맞추는 것은 모두 타당한 설계 원칙이다.

한외여과(UF)는 콜로이드성 물질, 세균, 바이러스 등 비교적 큰 입자를 제거하는 막으로, 칼슘이온·황산이온과 같은 용존 이온은 제거 대상이 아니므로 이 연결은 옳지 않다.

정밀여과-세균·바이러스, 나노여과-농약·합성세제, 역삼투-염소이온·금속이온의 연결은 각 막의 분리 특성에 맞는 올바른 설명이다.

불소(이온류)는 유리 재질과의 상호작용으로 농도가 변할 수 있어 폴리에틸렌 병에 채취해야 하는 대표적인 항목이다.

다이아지논과 같은 유기인계 농약, 포름알데히드 등 소독부산물, 벤젠 등 휘발성유기화합물은 유리병(갈색병 등)에 채취한다.

대장균의 막여과법 확정시험에는 BGLB 배지가 아니라 막여과법 전용의 확정용 배지를 사용하므로 이 연결은 옳지 않다.

BGLB는 총대장균군 시험관법(확정시험)에서 사용하는 배지이며, 저온일반세균-평판집락법(R2A 한천), 분원성대장균군-시험관법 확정시험(EC 배지)의 연결은 옳은 설명이다.

공정시험기준의 액성(pH) 표시에서 중성은 약 6.5～7.5 범위로 규정되어 있으므로, 약 6～8이라는 범위 제시는 옳지 않다.

강산성(약 3 이하), 약산성(약 3～5), 강알칼리성(약 11 이상)의 범위는 올바르게 제시되어 있다.

증발잔류물 시험용 시료는 채취 후 가능한 한 빨리 증발처리해야 하며, 규정된 최대 보존기간도 14일보다 짧게 정해져 있으므로 이 설명은 옳지 않다.

눈에 보이는 이물질 제거, 정량한계 5 mg/L·정량범위 5～20,000 mg/L, 103～105℃에서 건조 후 데시케이터에서 식혀 증발접시의 무게차로 농도를 구하는 절차는 모두 올바른 설명이다.

불소는 화학적으로 안정한 이온 형태로 존재하여 4℃ 냉암소 보관 시 다른 항목보다 최대 보존기간이 길게 설정되어 있다.

세제·포름알데히드·디클로로메탄은 미생물에 의해 분해되거나 휘발되기 쉬워 상대적으로 보존기간이 짧다.

지표미생물은 자연환경(수중)에서 스스로 증식하지 않아야 오염 여부를 제대로 지시할 수 있으므로, 자연상태에서 잘 성장해야 한다는 설명은 옳지 않다.

검출이 빠르고 간단하며 재현성이 있어야 하고, 개체수가 오염도와 관련이 있어야 하며, 병원균보다 생존시간이 길거나 같고 수가 많아야 한다는 조건은 지표미생물의 올바른 선정기준이다.

정량방법과 정량한계, 무기성 탄소(IC)와 용존성 유기탄소(DOC)의 정의, 고농도 휘발성 유기물질 시료의 처리법이 옳고 무기성 탄소 비율이 50% 미만일 때 NPOC로 정량한다는 설명이 틀렸다.

총유기탄소는 무기성 탄소를 미리 제거하고 측정하거나 총탄소에서 무기성 탄소를 빼서 구하며, 고온연소산화법의 정량한계는 0.3mg/L다. IC는 탄산염·중탄산염·용존 이산화탄소처럼 무기적으로 결합된 탄소의 합이고, DOC는 총유기탄소 중 공극 0.45㎛ 여과지를 통과하는 유기탄소를 가리킨다.

산을 넣고 폭기해 무기탄소를 날려 보내는 비정화성 유기탄소(NPOC) 방법은 무기성 탄소 비율이 총탄소의 50% 이상일 때 쓴다. 반대로 수 mg/L 이상의 휘발성 유기물질이 들어 있으면 폭기 과정에서 유기탄소까지 함께 날아가므로 가감(TC − IC) 방법으로 정량한다.

지오스민(Geosmin)은 조류 발생과 관련된 맛·냄새 물질로, 조류 번성 시기에 농도 변화가 빨라 정수에서의 검사주기가 가장 짧게 설정되어 있다.

스티렌, 벤조(a)피렌, 2,4-D와 같은 미량 유기물질·농약 항목은 상대적으로 검사주기가 길다.

건강상 유해영향 무기물질 기준에서 수은은 0.01 mg/L가 아니라 0.001 mg/L를 넘지 않아야 하므로 이 기준 제시는 옳지 않다.

납 0.01 mg/L, 시안 0.01 mg/L, 암모니아성 질소 0.5 mg/L 기준은 올바르게 제시되어 있다.

상수원 구간 조류경보의 경계 단계는 2회 연속 채취 시 남조류 세포수가 10,000세포/mL 이상 1,000,000세포/mL 미만인 경우에 발령된다.

1,000세포/mL 이상 10,000세포/mL 미만은 관심 단계, 1,000,000세포/mL 이상은 조류대발생 단계에 해당한다.

수질개선부담금은 먹는물관리법에 따라 샘물보전구역을 지정한 시·도지사에 대한 지원, 지하수법에 따른 지하수보전구역 지정을 위한 조사, 지하수자원의 개발·이용 및 보전·관리를 위한 기초조사와 복구사업 등에 사용된다.

반면 수도법에 따른 상수원의 확보 및 상수원보호구역의 지정·관리는 수질개선부담금의 용도로 규정되어 있지 않다.

먹는물 수질기준상 소독제 및 소독부산물질의 기준값은 트리클로로아세토니트릴 < 클로로포름 < 총트리할로메탄 < 포름알데히드 순으로 커진다.

트리클로로아세토니트릴은 기준값이 가장 낮게 설정되어 있고, 클로로포름 0.08 mg/L, 총트리할로메탄 0.1 mg/L를 거쳐 포름알데히드가 0.5 mg/L로 가장 높다.

수돗물에 함유되어서는 안 되는 물질에 대해 건강 보호 측면에서 허용농도를 정한 것은 먹는물 수질기준의 특징이므로, 정수처리기준의 특징에 해당하지 않는다.

정수처리기준은 병원성 미생물을 직접 규제하기 어려운 점을 보완하기 위해 병원성 미생물의 농도 대신 각 처리공정의 수질운영기준 준수 여부를 검사하며, 수도꼭지가 아니라 정수처리가 이루어지는 각 공정에 적용되는 최적 운영 기준이다.

수도법령의 시설규모별 정수시설운영관리사 배치기준에 따라 1일 50,000 m³ 이상 100,000 m³ 미만 규모의 일반수도사업자는 1급 1명 이상, 2급 2명 이상, 3급 3명 이상을 배치해야 한다.

배치기준은 시설규모가 커질수록 등급별 배치인원이 늘어나는 구조이므로, 이보다 많은 인원을 요구하는 조합은 상위 규모 구간에, 더 적은 인원을 요구하는 조합은 하위 규모 구간에 해당한다.

촉매분해법은 오존의 열분해보다 낮은 온도에서 배오존을 분해할 수 있어 비용 면에서 유리한 방법이므로, 고온에서 일어나 불리하다는 설명은 옳지 않다.

배오존은 모래여과지·활성탄흡착지에서는 농도가 낮지만 오존접촉지에서는 일시적으로 고농도로 배출될 수 있고, 활성탄흡착분해법은 저농도 배오존 처리에 효과적이며, 가열분해법은 약 350℃에서 1초 정도 체류시켜 배오존을 충분히 파괴할 수 있다.

소독공정에서 요구되는 불활성화율은 총 요구 제거·불활성화율에서 여과공정이 인정받는 제거율을 뺀 값이므로, 여과에서 인정되는 바이러스 제거율이 클수록 소독에 요구되는 불활성화율은 작아진다.

정밀여과(MF)는 바이러스 제거율을 인정받지 못해 소독에서 요구되는 불활성화율이 가장 크고, 직접여과는 급속여과보다 인정 제거율이 작아 요구값이 더 크며, 한외여과(UF)는 인정 제거율이 가장 커서 요구 불활성화율이 가장 작다. 따라서 정밀여과 > 직접여과 > 급속여과 > 한외여과 순이 된다.

수도꼭지에서 잔류염소를 유지하려면 염소요구량 + 시설에 의한 소비량 + 목표 잔류염소를 모두 합한 만큼 주입해야 하므로 하루 투입 염소량은 90 kg/day이다.

주입률 $C = 1.2 + 0.3 + 0.5 = 2.0\ \mathrm{mg/L}$

$1\ \mathrm{mg/L} = 1\ \mathrm{g/m^3}$이므로
$W = Q \times C = 45{,}000\ \mathrm{m^3/day} \times 2.0\ \mathrm{g/m^3} = 90{,}000\ \mathrm{g/day} = 90\ \mathrm{kg/day}$

목표 잔류염소 0.5 mg/L를 빼먹고 요구량과 소비량만 더하면 1.5 mg/L, 즉 67.5 kg/day가 되어 값이 틀어진다. 주입률은 소비되는 양과 남겨야 할 양을 모두 포함한다는 점이 핵심이다.

역삼투막모듈은 여과성능 0.05 m³/m²·일 이상, 염화나트륨 제거성능 93% 이상을 만족해야 하는 막모듈이다.

정밀여과막·한외여과막은 콜로이드·현탁물질·세균 제거를 목적으로 하여 염 제거성능 기준이 적용되지 않으며, 나노여과막은 역삼투막보다 낮은 염화나트륨 제거성능 기준이 적용된다.

이온크로마토그래피는 시료 중의 이온성 물질을 분리·정량하는 방법으로, 질산성 질소와 같은 음이온 항목의 측정에 사용된다.

망간은 원자흡수분광광도법·유도결합플라스마법 등 금속류 분석법으로, 카바릴과 1,4-다이옥산은 유기물질 분석법(HPLC, GC/MS 등)으로 측정한다.

입상활성탄(GAC)은 분말활성탄과 달리 여재 형태로 접촉지에 고정되어 있어 활성탄 누출에 의한 흑수현상의 염려가 거의 없다는 점이 장점이다.

반면 기존 처리시설을 그대로 쓸 수 있다는 점, 단기간 사용 시 필요량만 구입해 경제적이라는 점, 사용 후 버리므로 원생동물 번식 우려가 없다는 점은 모두 분말활성탄의 장점이며, 입상활성탄은 별도의 접촉지·재생설비가 필요하고 장기간 사용하므로 원생동물 번식 우려가 있다.

벨트프레스 탈수기는 연속식으로 슬러지를 처리하는 설비로 처리용량이 커서 대규모 정수장에 많이 사용된다.

• 가압압착형 필터프레스는 압착 기구가 추가되어 일반 가압형 필터프레스보다 설비구성이 오히려 복잡하다.
• 벨트프레스는 슬러지 성상에 따라 응집제 주입 등 전처리 공정이 필요하다.
• 원심탈수기는 회전 보울(드럼)과 스크루 컨베이어 등으로 구성되며, 진공장치와 여과포는 진공탈수기의 구성요소이다.

버터플라이밸브는 원판(디스크)을 회전시켜 개폐하는 구조로 구조가 간단하고 개폐토크가 작으며 유량특성이 우수해 제어용으로 가장 널리 사용된다.

슬루스밸브는 완전 개폐용이어서 중간 개도에서의 유량 조절에 적합하지 않고, 플랩밸브는 역류 방지용, 다공가변형 오리피스밸브는 감압·유량조절이 필요한 특정 용도에 쓰인다.

배슬러지지는 침전지 등에서 배출된 슬러지를 모아 다음 공정으로 보내는 시설로, 여과기가 아니라 슬러지 배출·이송 설비와 함께 운영되므로 이 연결은 옳지 않다.

배출수지-회수펌프, 탈수시설-가압탈수기, 농축시설-슬러지수집기의 연결은 각 시설의 기능에 맞는 올바른 설명이다.

펌프 운전 중 전류값은 명판 전류값(정격전류) 이하로 유지되어야 하므로, 정격전류 이상이어야 한다는 설명은 옳지 않다.

압력계·진공계로 정격점 부근 운전 여부를 확인하고 손을 대어 이상진동을 감지하며, 그리스 양은 베어링 하우징의 1/3～1/2 정도가 적정하다는 설명은 모두 타당하다.

이미 형성된 플록이 떠 있는 슬러지 블랭킷 안에서 새 플록을 접촉 성장시키는 고속응집 침전지에 대한 설명이다.

원수 탁도 10 NTU 이상과 처리수량 변동이 적은 안정적 운전은 슬러지 블랭킷(플록 담요)을 일정한 높이로 유지하기 위한 전형적 요건이고, 경사판 등 침강장치를 슬러지 계면 상부에 두는 것도 블랭킷 위 맑은 물 구역에서 고액분리를 보조하기 위한 조치다.

• 경사판을 넣은 침전지는 유효 침강면적을 늘려 표면부하율을 높이는 장치일 뿐, 기존 플록과의 접촉 성장을 전제로 하지 않는다.
• 용존공기부상은 미세기포를 붙여 저비중 플록을 수면으로 띄워 걷어내는 방식이라 슬러지 계면·블랭킷 개념과 맞지 않는다.
• 횡류식은 정류벽을 지나 수평으로 천천히 흐르며 자연 침강시키는 방식으로, 탁도 하한 조건이나 플록 접촉 성장이 필요 없다.

액체약품 주입펌프의 재질 조건과 습식주입의 이송방식을 설명한 두 항목만 옳다.

분말약품을 물에 풀어 슬러리(용액) 형태로 보내는 것은 정의상 습식주입이다. 건식주입은 분체를 그대로 정량 공급하는 방식이므로 '슬러리 형태로 건식주입'이라는 서술은 그 자체로 모순이다.

응집제는 액체 황산알루미늄·PAC처럼 이미 액상으로 공급되어 습식으로 주입하는 것이 원칙이며, 건식주입을 선택할 수 있는 대상이 아니다.

반면 부식성이 강한 액체약품을 다루는 주입펌프에는 STS316 이상 또는 세라믹·고무·염화비닐 라이닝 재질을 적용해야 하고, 습식주입은 자연유하·펌프주입·이젝터 세 가지 방식으로 이송할 수 있다.

변압기의 병렬운전 조건은 극성이 같을 것, 1차·2차 정격전압(권수비)이 같을 것, %임피던스 강하가 같을 것 등이며, 3상에서는 상회전 방향과 각변위도 같아야 한다.

역률은 변압기 자체가 아니라 접속되는 부하 측의 특성이므로 병렬운전의 성립 조건에 해당하지 않는다.

상수도설계기준상 비상용 전원설비는 정전에 대비하여 상용전원을 2회선으로 수전해 공급 신뢰도를 높이고, 그럼에도 전원이 끊겼을 때 주요 설비를 계속 운전할 수 있도록 비상용 자가발전설비를 갖추는 것을 기본으로 한다.

직류전원장치나 무정전 전원장치(UPS)는 계측제어설비 등 일부 부하의 순간 정전에 대비하는 설비여서 정수장 전체의 비상용 전원설비를 대신하지 못한다.

상수도설계기준상 계측제어설비의 현장 설치 시 고려사항은 악조건 환경, 발신기의 설치 위치, 도압배관 등 기능·성능과 직접 관련된 기술적 사항이며, 미관에 대한 고려사항은 기준에서 정하고 있는 주요사항이 아니다.

복권전동기는 부하 변동에 따라 속도가 어느 정도 변동하는 특성을 가지므로, 무부하에서 정격부하까지 속도 변동이 전혀 없다는 설명은 옳지 않다.

복권전동기는 자여자 방식이며 직권전동기와 분권전동기의 중간 특성을 가지고, 계자전류를 변화시켜 속도를 제어할 수 있다는 설명은 모두 타당하다.

역률 개선 전후의 무효전력 차이만큼 콘덴서 용량을 산정한다.

$\tan\theta_1=\dfrac{\sqrt{1-0.8^2}}{0.8}=0.75,\quad \tan\theta_2=\dfrac{\sqrt{1-0.95^2}}{0.95}\approx0.329$

콘덴서 용량은 $Q=P(\tan\theta_1-\tan\theta_2)=100\times(0.75-0.329)\approx 42\ \mathrm{kVA}$이다.

계기용 변압기(PT)는 고압 회로의 전압을 계측기에 적합한 낮은 전압으로 변성하는 기기이며, 대전류가 흐르는 선로의 전류를 측정하는 것은 계기용 변류기(CT)의 역할이므로 이 연결은 옳지 않다.

영상변류기(ZCT)는 선로·기기의 영상전류 감지, 피뢰기(LA)는 외부 이상전압 침입 시 기기와 선로 보호, 기중차단기(ACB)는 선로 개폐 시 발생하는 아크를 대기 중에서 소호하는 기능이 맞다.

상수도설계기준에서는 역률 개선을 위해 고압콘덴서를 설치할 때 별도의 차단장치를 두지 않고 직렬로 연결하는 것을 원칙으로 한다.

• 수·변전설비의 최대수요전력(kW)은 설비용량(kVA)보다 작으므로, 설비용량보다 충분히 커야 한다는 설명은 옳지 않다.
• 오조작 방지는 접지가 아니라 인터록 등의 조치로 이루어지며, 접지는 감전·이상전압 대책이다.
• 배전용 개폐장치를 가스절연방식으로만 해야 한다는 제한은 없으며, 설치 여건에 따라 방식을 선정한다.

노란 삼각형 안에 검은색 느낌표(!)만 그려진 도안이 위험장소 경고다.

경고표지는 노란 바탕에 검은 테두리의 삼각형을 공통 형태로 쓰되, 그 안의 그림이 위험의 정체를 지목한다. 폭발성물질·부식성물질·매달린 물체처럼 위험원이 정해진 경고는 그 위험원을 그림으로 그려 넣지만, 느낌표는 특정 물질이나 기계를 가리키지 않고 '그 장소 자체가 위험하다'는 포괄적 경고를 뜻한다. 그래서 위험장소 경고만 그림 없이 느낌표 하나로 표시된다.

• 크레인 훅에 짐이 매달린 그림은 매달린 물체 경고다.
• 나머지 두 도안도 각각 터지는 물체, 흘러내린 액체에 침식되는 물체처럼 위험원이 특정된 그림이어서 장소 전반을 가리키는 위험장소 경고가 될 수 없다.

산업안전보건법 제11조는 정부가 설치·운영할 수 있는 산업재해 예방시설로 지도·연구·교육시설, 안전보건진단 및 작업환경측정을 위한 시설, 노무를 제공하는 사람의 건강을 유지·증진하기 위한 시설, 그 밖에 고용노동부령으로 정하는 시설을 규정하고 있다.

이 법은 고용노동부 소관 법률로서 나머지 시설에 대한 위임 근거도 환경부령이 아니라 고용노동부령에 두고 있으므로, 환경부령으로 정하는 시설이라는 서술은 법 문언과 다르다.

상수도설계기준에서 자외선(UV) 소독의 살균효과가 가장 큰 주파장은 253.7 nm이며, 이는 DNA 흡수 스펙트럼과 가장 잘 일치하는 파장 대역이다.

정수처리용 저압 UV 램프는 이 파장을 중심으로 방사하도록 설계된다.

오존은 강한 산화력을 가지므로 전염소처리를 병행하면 오존이 잔류염소와 반응하여 이를 소모시켜 잔류염소 농도를 오히려 감소시킨다.

따라서 잔류염소가 증가된다는 서술은 실제와 반대이며, 이 때문에 오존을 주입할 때는 염소 주입률을 별도로 고려해야 한다.

• 충분한 산화반응을 위한 접촉지 확보, 배오존 처리설비 설치, 내식성 재료 사용은 모두 오존처리 시 실제 유의사항으로 옳은 내용이다.

해수담수화용 역삼투(RO)막은 염화나트륨 제거율이 93% 이상인 막으로 정의되므로, 93% 미만이라는 서술은 정의와 반대이다.

정밀여과막(공칭공경 0.01㎛ 이상), 한외여과막(분획분자량 100,000 달톤 이하), 나노여과막(염화나트륨 제거율 5~93% 미만)의 정의는 모두 옳다.

응집제를 여과지 유입관로에 직접 넣어 응집공정과 침전공정을 모두 생략하는 방식은 인라인여과다.

일반 정수처리가 혼화-응집-침전-여과 순서를 거치는 데 비해, 인라인여과는 관로 안의 난류를 혼화에 이용하고 곧바로 여과지로 보낸다. 그래서 연중 탁도가 낮고 수질변화가 작은 원수에만 적용할 수 있고, 수질 변동이 크거나 응집제를 많이 넣어야 하는 원수에서는 여층이 곧 막혀 여과지속시간이 급격히 짧아진다.

직접여과는 플록형성지는 두되 침전지만 생략하는 방식이라 '응집공정까지 생략'이라는 설명과 어긋나고, 완속여과는 응집제를 쓰지 않고 4~5 m/day의 느린 속도로 모래층 표면의 생물막을 이용하는 전혀 다른 방식이다.

급속여과지의 형상은 직사각형(장방형)을 표준으로 하므로, 원형을 표준으로 한다는 서술은 옳지 않다.

여과면적을 계획정수량을 여과속도로 나누어 산정하는 것, 여과지 수를 예비지 포함 2지 이상으로 하는 것, 1지의 면적을 150 m² 이하로 하는 것은 모두 옳은 기준이다.

비중량(단위중량)은 $\gamma=\rho g$로 힘을 부피로 나눈 값이므로 차원은 $[ML^{-2}T^{-2}]$가 되어야 하며, $[ML^{-2}T^{-1}]$로 표시한 것은 옳지 않다.

힘의 차원 $[MLT^{-2}]$, 동점성계수 $[L^{2}T^{-1}]$, 표면장력 $[MT^{-2}]$는 모두 올바른 표시이다.

차원이 서로 상쇄되어 단위가 남지 않는 것은 레이놀즈수·프루드수·비중이다.

레이놀즈수는 관성력과 점성력의 비 $Re=\dfrac{VD}{\nu}$, 프루드수는 관성력과 중력의 비 $Fr=\dfrac{V}{\sqrt{gL}}$로 모두 힘의 비이므로 무차원이고, 비중은 4℃ 물의 밀도에 대한 밀도의 비여서 역시 단위가 없다.

• 동점성계수는 $\mathrm{m^2/s}$로 길이와 시간의 차원이 남는다.
• 각속도는 $\mathrm{rad/s}$여서 시간의 역수 차원을 가진다.
• 표면장력은 단위 길이당 힘 $\mathrm{N/m}$이므로 무차원이 아니다.

동점성계수는 점성계수를 밀도로 나눈 값($\nu=\mu/\rho$)으로 정의되므로, 밀도를 점성계수로 나누는 것이라는 서술은 정의가 반대로 뒤집힌 것이다.

점성계수가 유체 고유의 성질이라는 것, 전단응력이 속도구배에 비례한다는 것, 내부마찰력이 상대속도에 비례하고 거리에 반비례한다는 것은 모두 옳은 설명이다.

펌프는 흐름에 에너지를 공급하므로 펌프수두 $E_p$는 상류측(좌변)에 더해야 하는데, 이를 하류측에 더해 놓은 식이 옳지 않다.

기준이 되는 식은 $z_1+\dfrac{p_1}{\gamma}+\dfrac{v_1^2}{2g}=z_2+\dfrac{p_2}{\gamma}+\dfrac{v_2^2}{2g}+h_L$로, 상류의 전수두에서 마찰손실 $h_L$만큼 깎인 것이 하류의 전수두라는 뜻이다.

따라서 펌프가 놓이면 $z_1+\dfrac{p_1}{\gamma}+\dfrac{v_1^2}{2g}+E_p=z_2+\dfrac{p_2}{\gamma}+\dfrac{v_2^2}{2g}+h_L$이 되고, 반대로 터빈은 에너지를 빼앗으므로 $E_T$를 손실수두와 같은 편인 우변에 두는 것이 맞다.

또한 각 항에 $\gamma=\rho g$를 곱하면 $p_1+\tfrac{1}{2}\rho v_1^2+\rho g z_1=p_2+\tfrac{1}{2}\rho v_2^2+\rho g z_2$ 형태가 되므로 압력항 표현 역시 타당하다.

모세관 현상에서 접촉각은 액체와 고체 벽면의 조합에 따라 달라지는 값이므로, 액체의 종류와 관계없이 항상 동일하다는 서술은 옳지 않다.

부착력이 응집력보다 크면(물 등) 액체가 자유수면보다 위로 올라가고, 응집력이 부착력보다 크면(수은 등) 아래로 내려가는 현상은 부착력과 응집력의 상대적 크기에 의해 결정되며, 이는 모두 옳은 설명이다.

레이놀즈수 $Re=\dfrac{\rho V D}{\mu}$ 식을 유속 $V$에 대해 정리하면 $V=\dfrac{Re \cdot \mu}{\rho D}$가 되어 한계유속을 구할 수 있다.

수치를 대입하면 $V=\dfrac{2320 \times 0.0131}{0.9997 \times 1} \approx 30.4\ \mathrm{cm/sec}$로 계산된다.

수면에서 6 m 아래에 뚫린 지름 0.1 m의 관을 통해 유출되므로 유량은 약 0.04 m³/s이다.

수면과 관 출구 사이에 에너지식을 세우면 $H=\dfrac{V^2}{2g}+h_L$이고, 손실수두가 속도수두의 3배 $h_L=3\dfrac{V^2}{2g}$이므로 $6=4\times\dfrac{V^2}{2\times 9.8}$가 된다.

$V=\sqrt{\dfrac{2\times 9.8\times 6}{4}}=\sqrt{29.4}=5.42\ \mathrm{m/s}$
$A=\dfrac{\pi}{4}(0.1)^2=7.85\times 10^{-3}\ \mathrm{m^2}$
$Q=AV=7.85\times 10^{-3}\times 5.42\approx 0.043\ \mathrm{m^3/s}$

대기 중으로 자유유출되므로 그림에 적힌 비중 0.88은 계산에 들어가지 않는다. 에너지식의 양변에서 밀도가 소거되어 유속은 액체 종류와 무관하게 수두만으로 정해지기 때문이며, 이를 유량에 곱하려 들면 답이 어긋난다.

삼각위어의 유량은 월류수심의 $5/2$제곱에 비례하는 $Q=K h^{5/2}$ 관계를 가지므로, 유량의 상대오차는 수심 오차의 $5/2$배가 된다.

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

측벽 경사가 45°인 사다리꼴 수로이므로 단면적 27 m², 경심 약 1.86 m이다.

수심 H = 3 m에서 측벽이 45°이면 좌우로 각각 $3\times\cot 45^\circ=3\ \mathrm{m}$씩 벌어져 수면폭은 $6+2\times 3=12\ \mathrm{m}$가 된다.
$A=\dfrac{6+12}{2}\times 3=27\ \mathrm{m^2}$

윤변은 바닥폭 6 m에 물에 닿는 경사변 $\dfrac{3}{\sin 45^\circ}=4.24\ \mathrm{m}$ 두 개를 더한 값이다.
$P=6+2\times 4.24=14.49\ \mathrm{m}$
$R=\dfrac{A}{P}=\dfrac{27}{14.49}\approx 1.86\ \mathrm{m}$

바닥폭만으로 $6\times 3=18\ \mathrm{m^2}$를 쓰면 사다리꼴이 아니라 직사각형 단면을 계산한 셈이 되므로, 경사면이 만드는 삼각형 두 개를 반드시 더해야 한다.

Darcy-Weisbach 식을 동수경사로 정리하면 Chezy 계수가 $C=\sqrt{\dfrac{8g}{f}}$로 나오므로 $V=\sqrt{\dfrac{8g}{f}}\cdot\sqrt{RI}$가 옳은 형태다.

$h_L=f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}$에서 동수경사는 $I=\dfrac{h_L}{L}=\dfrac{fV^2}{2gD}$이고, 원형 만관에서 경심은 $R=\dfrac{D}{4}$이므로 $D=4R$을 넣는다.

$I=\dfrac{fV^2}{8gR}\ \Rightarrow\ V^2=\dfrac{8g}{f}RI\ \Rightarrow\ V=\sqrt{\dfrac{8g}{f}}\sqrt{RI}$

이것이 Chezy 평균유속 공식 $V=C\sqrt{RI}$이며, 마찰계수 f가 분모에 오고 근호 안에는 관경 D가 아니라 경심 R이 들어간다는 점이 판별의 열쇠다.

Manning 공식으로 관경을 구하는 문제로, 동수경사는 수면차를 관 길이로 나눈 $S=\dfrac{3}{1500}=0.002$이다.

만관 흐름에서 경심 $R=D/4$를 이용해 $Q=\dfrac{1}{n}\cdot\dfrac{\pi D^2}{4}\cdot\left(\dfrac{D}{4}\right)^{2/3} S^{1/2}$에 $Q=1.1\ \mathrm{m^3/sec}$, $n=0.014$를 대입하면 관경은 약 1.04 m로 산출된다.

팽창률은 $\dfrac{\text{팽창 후 높이}-\text{팽창 전 높이}}{\text{팽창 전 높이}}\times100$이다. 문항의 '0 cm'는 충진 여사층 높이 80 cm로 보고 풀이한다. 대입하면 $\dfrac{104-80}{80}\times100 = 30$이므로 팽창률은 30%이다.

급속여과지의 여과유량 조절방식은 크게 정속여과방식과 감쇄여과방식으로 나뉘며, 정속여과방식에는 유량제어형, 수위제어형, 자연평형형이 있다.

반면 감쇄여과는 여과가 진행되어 손실수두가 커짐에 따라 여과유량이 자연히 줄어드는 방식이므로, 유량을 일정하게 유지하는 정속여과방식에는 해당하지 않는다.

침전제거율을 높이려면 플록의 침강속도(V)가 표면부하율(V0)보다 크거나 같아야 입자가 지 내에서 완전히 가라앉을 수 있으므로, 침강속도를 표면부하율보다 작게 한다는 서술은 옳지 않다.

침강표면적을 크게 하는 것, 유량을 적게 하는 것, 플록의 침강속도를 크게 하는 것은 모두 표면부하율을 낮추거나 침강속도를 높여 제거율을 향상시키는 옳은 방법이다.

플록형성지의 교반강도는 플록이 성장하면서 깨지지 않도록 하류로 갈수록 점차 감소시키는 점감식이 원칙이므로, 하류로 갈수록 증가시킨다는 서술은 옳지 않다.

플록큐레이터의 주변속도를 15~80 cm/sec로 하는 것, 미소플록 성장을 위해 교반이 필요하다는 것, 플록형성지가 혼화지와 침전지 사이에 위치한다는 것은 모두 옳은 설명이다.

펌프 동력식 $P=\dfrac{9.8\, Q H}{\eta}$를 유량 $Q$에 대해 정리하면 $Q=\dfrac{P\eta}{9.8H}$이다.

양정 $H$는 양수 높이 150 m에 손실수두 10 m를 더한 $160\ \mathrm{m}$이며, 대입하면 $Q=\dfrac{20000\times0.88}{9.8\times160}\approx 11.2\ \mathrm{m^3/sec}$로 계산된다.

펌프 동력은 실양정에 관내 손실수두를 더한 전양정을 이용해 계산하며, 손실수두는 마찰손실과 유입·유출손실의 합이다.

유속 $V=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{0.1}{\pi(0.1)^2}\approx 3.18\ \mathrm{m/sec}$이고 $\dfrac{V^2}{2g}\approx 0.517\ \mathrm{m}$이므로, 마찰손실 $h_f=f\dfrac{L}{D}\dfrac{V^2}{2g}=0.03\times\dfrac{100}{0.2}\times0.517\approx7.75\ \mathrm{m}$이다.

전양정은 $40+7.75+0.5\times0.517+1.0\times0.517\approx48.5\ \mathrm{m}$이며, 동력 $P=9.8\,QH\approx47.6\ \mathrm{kW}$를 마력으로 환산($1\ \mathrm{kW}\approx1.36\ \mathrm{PS}$)하면 약 65 HP가 된다.

공동현상(캐비테이션)은 흡입측 압력이 포화증기압 이하로 떨어질 때 발생하므로, 흡입구경을 크게 하여 흡입 유속과 손실을 줄이는 것이 대표적인 방지 방법이다.

• 펌프 회전속도를 높이면 흡입측 부압이 커져 오히려 공동현상이 촉진된다.
• 흡입관의 손실을 크게 하면 유효흡입양정(NPSH)이 줄어들어 불리해진다.
• 설치위치를 높게 하면 흡입양정이 늘어나 유효흡입양정이 감소해 공동현상이 촉진된다.

발전기의 이론출력은 유효낙차와 발전유량을 이용한 $P=9.8\,QH$ 식으로 구하며, 유효낙차는 총낙차에서 손실수두를 뺀 $75-1.5=73.5\ \mathrm{m}$이다.

대입하면 $P=9.8\times8\times73.5\approx5762\ \mathrm{kW}$이며, 이를 마력으로 환산($1\ \mathrm{kW}\approx1.36\ \mathrm{PS}$)하면 약 7,838 HP가 된다.

교반기의 이론동력은 속도경사 식 $G=\sqrt{\dfrac{P}{\mu V}}$를 $P$에 대해 정리한 $P=G^{2}\mu V$로 구한다.

점성계수를 SI단위로 환산하면 $\mu=1.31\times10^{-2}\ \mathrm{g/(cm\cdot sec)}=1.31\times10^{-3}\ \mathrm{Pa\cdot s}$이고, 대입하면 이론동력은 $P=(300)^2\times1.31\times10^{-3}\times100=11790\ \mathrm{W}=11.79\ \mathrm{kW}$이다.

효율 60%를 고려한 실제 축동력은 $\dfrac{11.79}{0.6}\approx19.65\ \mathrm{kW}$가 된다.