15년 3회차

성층권에는 지상 약 20~30km 부근에 오존층이 존재한다.

• 대류권에서는 고도가 높아질수록 기온이 낮아지므로(1km 상승당 약 9.8℃의 감률), 상승에 따라 기온이 높아진다는 서술은 방향이 반대이다.
• 대류권의 높이는 위도나 계절에 따라 달라진다.
• 성층권은 오존층의 자외선 흡수로 고도가 높아질수록 기온이 오히려 올라간다.

전기집진장치(EP)는 고온의 가스(약 350℃ 정도)도 처리할 수 있다는 특징이 있다.

• 압력손실은 10~20mmH₂O 수준으로 매우 낮아 100~150mmH₂O라는 설명은 실제와 다르다.
• 전압 변동과 같은 조건 변화에는 오히려 민감하게 반응해 성능이 쉽게 흔들린다.
• 집진판·하전장치 등 설비 규모가 커서 초기시설비는 높은 편이다.

중력식 집진장치는 침강실 내 처리가스의 유속이 느릴수록 미립자의 침강·포집이 잘 이루어진다.

가스 속도가 빠르면 입자가 침강할 시간을 충분히 확보하지 못해 오히려 포집률이 떨어지므로, 속도가 빠를수록 미립자가 포집된다는 설명은 중력 침강의 원리와 반대이다.

침강실의 높이를 낮추고 길이를 늘리거나 입구폭을 넓혀 유속을 낮추는 것은 모두 체류시간 확보를 통해 집진율을 높이는 정상적인 방법이다.

흡수법에 쓰이는 흡수액은 흡수능력(용해도)이 커야 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

이 밖에도 흡수액은 화학적으로 안정하면서 휘발성이 낮아야 하고, 독성과 부식성이 없어야 하며, 점성이 작고 가격이 저렴해야 한다는 조건도 함께 요구된다.

오존층을 파괴하는 특정물질은 주로 염소·브롬 계열 화합물로, 염화불화탄소(CFC)·염화브롬화탄소(Halons)·사염화탄소가 대표적이다.

황화수소(H₂S)는 악취 및 유해가스로 다뤄지는 물질이지만 성층권 오존을 분해하는 오존층파괴물질로는 분류되지 않는다.

충전탑의 충전물은 가스와 액의 접촉면을 넓히고 흐름을 원활하게 해야 하므로 충전밀도는 커야 한다. 따라서 충전밀도가 작아야 한다는 설명은 구비조건과 반대이다.

충전물의 주요 구비조건은 다음과 같다.

• 단위용적에 대한 표면적이 클 것 — 기액 접촉면적 확보
• 공극률이 크고 압력손실이 작을 것 — 가스 흐름 저항 최소화
• 내식성·내열성이 클 것, 강도가 크고 가벼우며 가격이 쌀 것

이 연료의 공기비(m)는 약 1.07이다.

메탄 94%의 완전연소에 필요한 산소량은 $2\times0.94 = 1.88\ \mathrm{Sm^3}$이며, 연료에 이미 포함된 산소 2%를 제외하면 이론산소량은 $1.88-0.02=1.86\ \mathrm{Sm^3}$이다.

공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 이론공기량은 $\dfrac{1.86}{0.21}\approx8.86\ \mathrm{Sm^3}$이고, 공기비는 $m=\dfrac{9.5}{8.86}\approx1.07$로 계산된다.

도심의 열원에서 나온 더운 공기가 상승하고 주변의 찬 공기가 유입되며 오염물질이 도시 상공에 지붕처럼 덮이는 현상은 열섬 현상이다.

엘니뇨·라니냐는 해수면 온도 변화에 따른 전지구적 기후 현상이고, 오존층 파괴는 성층권 오존 농도 감소 현상으로 이 도시 열 순환 설명과는 다른 현상이다.

0.02ppm의 아황산가스를 질량농도로 환산하면 약 0.057 mg/Sm³이다.

표준상태에서 기체 1mol은 22.4L를 차지하고 SO₂의 분자량은 64이므로 $0.02\ \mathrm{ppm}\times\dfrac{64}{22.4}\approx0.057\ \mathrm{mg/Sm^3}$로 계산된다.

이 중유의 저위발열량은 약 10270 kcal/kg이다.

저위발열량은 고위발열량에서 수소 연소로 생성된 수분과 원래 함유된 수분의 증발잠열을 빼서 구하며, $H_l = H_h - 600(9H+W)$로 계산한다.

$9\times0.135+0.0065=1.2215$이므로 $H_l=11000-600\times1.2215\approx11000-733=10267$로, 약 10270kcal/kg에 해당한다.

헨리법칙은 물에 대한 용해도가 낮은(난용성) 기체일수록 잘 적용되며, 이 조건에 가장 부합하는 것은 산소(O₂)이다.

HCl, SO₂, HF는 모두 물에 잘 녹는 기체로 용해도가 높아 헨리법칙에서 벗어나는 거동을 보인다.

이 송풍기의 소요동력은 약 311kW이다.

송풍기 동력은 $P=\dfrac{\Delta P \times Q}{102\times\eta}$(kW, ΔP는 mmH₂O, Q는 m³/s)로 구한다.

$P=\dfrac{444\times55}{102\times0.77}\approx\dfrac{24420}{78.5}\approx311\ \mathrm{kW}$로 계산된다.

도자기나 유리제품을 부식시키는 성질을 가지며 알루미늄 제조·인산비료 제조 공정에서 배출되는 가스는 불소 및 그 화합물이다.

불화수소(HF) 등 불소화합물은 유리의 주성분인 규산염을 녹이는 성질이 있어 유리·도자기 부식의 대표적인 원인 물질로 꼽힌다.

이 하수를 처리하는 데 필요한 공기 주입량은 10 m³/day이다.

BOD 부하는 $100\ \mathrm{mg/L}\times1000\ \mathrm{L/day}=100000\ \mathrm{mg/day}=100\ \mathrm{g/day}$이다.

BOD 1g당 100L의 공기가 필요하므로 $100\ \mathrm{g}\times100\ \mathrm{L/g}=10000\ \mathrm{L/day}=10\ \mathrm{m^3/day}$가 된다.

부상법은 침전속도가 느린 작거나 가벼운 입자를 짧은 시간 안에 분리할 수 있다는 점에서 침전법보다 유리하다.

미세하고 가벼운 입자는 중력에 의한 자연 침강에 오랜 시간이 걸리지만, 기포를 부착시켜 강제로 부상시키면 훨씬 빠르게 분리할 수 있다.

호기성 조건에서 미생물에 의한 질소 분해(질산화)는 유기질소 → 암모니아성 질소 → 아질산성 질소 → 질산성 질소 순서로 진행된다.

유기질소가 암모니아화 작용으로 암모니아성 질소로 전환된 뒤, 아질산균과 질산균의 순차적인 산화 작용을 거쳐 최종적으로 질산성 질소가 된다.

스톡스 법칙이 가장 잘 적용되는 수처리 공정은 1차 침전지이다.

1차 침전지는 응집제 투입 없이 자연 침강만으로 입자를 분리하는 독립침전 영역에 해당해, 구형·저농도 입자의 침강속도를 다루는 스톡스 법칙이 그대로 적용된다.

폐수 여과공정에 사용되는 여재로는 모래·무연탄·규조토가 대표적이며, 유리는 일반적인 여재로 사용되지 않는다.

모래와 무연탄은 급속여과지의 단층·다층 여재로 쓰이고, 규조토는 정밀한 미세입자 제거를 위한 여과조제(filter aid)로 널리 쓰인다.

이 공장 폐수의 BOD 농도는 500 mg/L이다.

1인당 BOD 배출량 50g에 인구당량 500명을 곱하면 $50\times500=25000\ \mathrm{g/day}=25000000\ \mathrm{mg/day}$가 된다.

유량이 $50\ \mathrm{m^3/d}=50000\ \mathrm{L/d}$이므로 농도는 $\dfrac{25000000}{50000}=500\ \mathrm{mg/L}$로 계산된다.

폐수가 산성일 때 중화를 위해 약품조에 투입하는 약품은 염기성 물질인 수산화나트륨이다.

황산·염산은 그 자체가 강산이라 산성 폐수 중화에 쓸 수 없고, 염화나트륨은 중성염으로 중화 반응을 일으키지 못한다.

활성탄 등을 이용한 흡착은 주로 냄새·색도 및 미량 유기물 제거에 효과적이며, 고도처리 단계의 질소·인 제거에는 적합하지 않다.

질소·인 제거는 생물학적 질산화·탈질이나 화학적 침전(응집) 공정이 담당하는 영역으로, 흡착과는 제거 대상 물질의 성격이 다르다.

흡착이 표면에 물리적·화학적으로 물질이 부착되는 현상이라는 점, 폐수처리에서 흡착이 보통 활성탄에 의한 물리적 흡착을 가리킨다는 점은 흡착에 대한 올바른 설명이다.

이 포기조에 공급해야 할 공기량은 약 22.3 m³/min이다.

BOD 부하량은 $150\ \mathrm{mg/L}\times7570\ \mathrm{m^3/day}=1135500\ \mathrm{g/day}=1135.5\ \mathrm{kg/day}$이다.

단위 BOD당 공기량 28.3m³/kg을 곱하면 $1135.5\times28.3\approx32135\ \mathrm{m^3/day}$이고, 이를 분당으로 환산하면 $\dfrac{32135}{1440}\approx22.3\ \mathrm{m^3/min}$이 된다.

2차 침전지의 슬러지를 포기조로 반송시키는 주된 목적은 포기조 내에 미생물(MLSS) 농도를 적절히 유지하기 위해서이다.

반송슬러지로 활성 미생물을 계속 공급해야 포기조의 생물학적 분해 능력이 안정적으로 유지되며, 이는 배출슬러지 최소화나 최초침전지 유출수 농축, 무기고형물 산화와는 별개의 목적이다.

스토크스 법칙에 따른 입자의 침전속도는 물의 밀도·점도, 입자의 지름(과 입자의 밀도)에 의해 결정되며, 입자의 용해도는 이 식에 포함되지 않는 인자이다.

스토크스 침전속도식은 입자와 유체의 밀도차, 유체의 점성, 입자 지름의 제곱에 비례하는 형태로 구성되어 있어 용해 여부와는 무관하다.

물의 경도를 유발하는 물질은 주로 2가 이상의 금속 양이온인 Ca, Mg, Fe 등이며, 칼륨(K)은 1가 알칼리금속이라 경도 유발물질에 포함되지 않는다.

경도는 물에 녹아있는 다가 양이온의 총량으로 정의되므로, 1가 이온인 K는 경도값 계산에 반영되지 않는다.

명반(황산알루미늄)을 폐수에 투입해 응집침전을 일으키면 수산화알루미늄 침전물이 생성된다.

명반의 알루미늄 이온이 물속에서 가수분해되어 불용성인 수산화알루미늄 플록을 형성하며, 이 플록이 오염물질을 흡착·포집하면서 함께 침전한다.

혐기성 소화조의 완충능력(Buffer capacity)은 알칼리도로 표현한다.

알칼리도가 충분해야 소화 과정에서 생성되는 유기산에 의한 pH 저하를 완충할 수 있어, 소화조의 안정적 운전 여부를 판단하는 핵심 지표로 쓰인다.

수질오염공정시험기준에서 따로 규정이 없는 한 감압 또는 진공은 15mmHg 이하를 뜻한다.

이는 시험기준 총칙에 정의된 값으로, 별도의 압력 조건이 명시되지 않은 시험 항목에 일괄 적용되는 기준이다.

세균(박테리아)은 일반적으로 수분이 약 80%, 고형물질이 약 20%를 차지하는 구성비를 가진다.

제시된 "60%는 수분, 40%는 고형물질"이라는 비율은 이와 반대로 고형물질 비중을 과도하게 높게 나타낸 설명이라 옳지 않다.

박테리아는 막대기·공·나선 모양 등 다양한 형태를 가지며 단세포 미생물로서 용해된 유기물을 섭취해 증식하고, 화학조성식은 $\mathrm{C_5H_7O_2N}$으로 나타내는 것이 일반적이다.

침사지의 유효길이는 유효수심을 수면적부하로 나눈 체류시간에 수평유속을 곱하여 구한다.

수면적부하 $1800\ \mathrm{m^3/(m^2\cdot day)}$를 초 단위로 환산하면 $1800/86400=0.02083\ \mathrm{m/sec}$이므로, 체류시간은 $t=\dfrac{1.2\ \mathrm{m}}{0.02083\ \mathrm{m/sec}}=57.6\ \mathrm{sec}$이다.

따라서 유효길이는 $L=v\times t=0.32\times57.6=18.4\ \mathrm{m}$로 계산된다.

팽화(Bulking)는 주로 영양염(질소·인) 부족, 사상성 미생물 과다 증식, 용존산소 부족, 부하변동 등에 의해 발생한다.

포기조 내로 질소와 인이 충분히 유입되는 것은 오히려 미생물 대사에 필요한 영양을 공급하는 정상적인 조건이므로 팽화의 원인으로 보기 어렵다.

• 유기물 부하량이 급격히 변동하면 사상균이 우점해 팽화가 유발될 수 있다.
• 포기조의 용존산소가 부족하면 사상성 미생물이 번성해 팽화가 나타난다.
• 고농도 산업폐수가 유입되면 미생물 활성이 저해되어 팽화가 촉진될 수 있다.

스크레이퍼는 침전지나 농축조 바닥에 가라앉은 슬러지를 호퍼 쪽으로 긁어모으는 장치이다.

슬러지를 부상시키거나 스컴 발생을 방지하거나 슬러지를 혼합하는 기능과는 거리가 멀고, 침전물을 한 곳으로 모아 배출을 쉽게 하는 것이 주된 역할이다.

Darcy 법칙에 따르면 유출속도(투과유속)는 $v=k\times i$로 구해진다.

투수계수 $k=0.5\ \mathrm{cm/sec}$, 동수경사 $i=2$를 대입하면 $v=0.5\times2=1.0\ \mathrm{cm/sec}$이다.

유기성 고형화는 무기성 고형화에 비해 미생물이나 자외선에 대한 안정성이 약한 편이라, 제시된 설명처럼 안정성이 강하다고 보기 어렵다.

수밀성이 크고 다양한 폐기물에 적용 가능한 점, 최종 고화체의 체적 증가율이 폐기물 종류에 따라 다양한 점, 특정 성분으로 인해 중합체 구조가 장기적으로 약화될 가능성이 있는 점은 유기성 고형화의 일반적 특징으로 맞는 설명이다.

호기성 소화는 혐기성 소화에 비해 상징수의 BOD 농도가 낮고 운영이 비교적 단순한 편이다.

따라서 상징수 BOD 농도가 높고 운영이 복잡하다는 설명은 오히려 혐기성 소화의 특징에 가까워 호기성 소화의 특징으로 보기 어렵다.

• 호기성 소화는 초기 시공비가 낮고 슬러지에서 악취가 적게 나는 편이다.
• 포기를 위한 동력이 필요해 운영비(동력비)는 높은 편이다.
• 수온이 낮은 겨울철에는 미생물 활성이 떨어져 처리효율이 낮아지는 경향이 있다.

슬러지 부피는 고형물량이 일정하다는 조건에서 $V_1(100-P_1)=V_2(100-P_2)$ 관계로 구한다.

함수율 96%, 부피 $100\ \mathrm{m^3}$인 슬러지를 함수율 75%로 탈수하면 $100\times(100-96)=V_2\times(100-75)$이므로 $V_2=\dfrac{100\times4}{25}=16\ \mathrm{m^3}$이다.

절탄기(economizer)는 연소가스의 잉여열을 이용해 보일러에 공급되는 급수를 예열하는 장치이다.

급수를 미리 데워 넣음으로써 보일러드럼에 걸리는 열응력을 줄이고 전열 효율을 높이는 역할을 한다.

과열기는 포화증기를 더 가열해 과열증기로 만들고, 재열기는 팽창한 증기를 재가열하며, 공기예열기는 연소용 공기를 예열하는 장치로 절탄기와는 대상(물/증기/공기)이 다르다.

순차투입공법은 해안매립 시 호안(제방)으로 구획을 나눈 뒤 폐기물을 순차적으로 투입해 매립하는 대표적인 해안매립공법이다.

도랑형공법과 압축매립공법은 주로 육상매립에서 쓰이는 방식이고, 샌드위치공법은 내륙 매립지에서 폐기물과 복토를 교대로 쌓는 방식이라 해안매립공법으로 보기 어렵다.

매립지의 유기물은 대체로 가수분해 → 산 생성 → 메탄 생성의 순서로 혐기성 분해가 진행되며, 메탄 생성 단계가 가장 나중에 나타난다.

고분자 유기물이 가수분해로 분해되고 이어서 유기산이 생성된 뒤, 최종적으로 메탄생성균에 의해 메탄과 이산화탄소로 전환되는 것이 일반적인 순서이다.

구획법, 교호삽법, 원추사분법은 폐기물 시료의 양을 줄이는 표준적인 축소방법으로 사용된다.

이에 비해 "사등분법"은 시료 축소방법으로 정해져 있는 명칭이 아니어서 가장 거리가 멀다.

저온 열분해는 대체로 낮은 온도 구간에서 진행되며, 1100~1500℃는 저온이 아니라 고온 열분해에 해당하는 범위여서 이 설명은 옳지 않다.

공기가 부족한 상태에서 폐기물을 가열해 가스·액체·고체 연료를 생산하는 공정이 열분해이며, 열분해로 생성되는 액체 성분에는 식초산, 아세톤, 메탄올, 오일 등이 포함된다.

저온법에서는 상대적으로 Tar, Char 및 액체 연료가 더 많이 생성되는 경향이 있다.

실제공기량은 이론공기량에 공기비를 곱해 구하며 $A=m\times A_0$로 표현된다.

이론공기량 $A_0=10\ \mathrm{Sm^3/kg}$, 공기비 $m=1.1$을 대입하면 $A=1.1\times10=11.0\ \mathrm{Sm^3/kg}$이다.

습식 산화는 슬러지를 약 210℃로 가열하고 약 120atm으로 가압한 상태에서 공기를 주입해 슬러지 내 유기물을 산화·분해시키는 공법이다.

고온·고압 조건에서 산소에 의해 유기물이 직접 산화되는 점이 특징이며, 상압에서 이루어지는 가열건조나 미생물에 의한 혐기성·호기성 소화와는 원리가 다르다.

부패조는 소규모 분뇨처리에 쓰이는 시설로, 여유율을 크게 두고 운전하는 저부하 방식이라 고부하 운전에는 적합하지 않다.

특별한 에너지나 기계설비 없이 운영할 수 있고, 처리효율이 낮아 냄새가 많이 나는 편이며, 조립형 제품은 설치가 쉽고 유지관리에 특별한 기술이 필요하지 않다는 점은 부패조의 일반적인 특징으로 맞는 설명이다.

유동층 소각로의 유동상 매질은 유동화가 잘 이루어지도록 비중이 작은 편이어야 하며, 비중이 큰 것을 요구하지는 않는다.

공급이 안정적이고 열충격에 강하며 융점이 높고 화학적으로 불활성인 것은 유동상 매질이 갖추어야 할 조건으로 맞는 설명이다.

혐기성 소화의 목적은 유기물을 분해해 슬러지의 무게와 부피를 감소시키는 데 있으며, 무게와 부피를 증가시키는 것이 아니다.

유기물 분해를 통한 슬러지 안정화, 메탄 등 이용가치 있는 부산물 회수, 병원균 사멸·통제는 혐기성 소화의 일반적인 목적으로 맞는 설명이다.

MHT(Man·Hour/Ton)는 총 작업시간을 연간 수거량으로 나눈 값으로, 쓰레기 1톤을 수거하는 데 드는 인원·시간을 뜻한다.

연간 총 작업시간은 인원 5450명에 1일 8시간, 연간 310일을 곱해 $5450\times8\times310=13{,}516{,}000\ \mathrm{man\cdot hr}$이다.

따라서 MHT는 $\dfrac{13{,}516{,}000}{1{,}792{,}500}\approx7.54$이다.

적환장은 수송 효율을 높이기 위해 주요 간선도로에 가깝게 위치해야 운반차량의 접근이 쉬워지며, 간선도로와 떨어진 곳에 두는 것은 바람직하지 않다.

수거지역의 중심에 가깝고, 수송 측면에서 경제적이며, 공중위생·환경 피해가 최소가 되는 지역이라는 조건은 적환장 설치위치로 적절한 설명이다.

매립지의 복토는 빗물 침투 억제, 화재 방지, 폐기물 비산 방지와 함께 식물 생육 기반을 마련하는 데도 목적이 있어, 식물 성장을 막는다는 설명은 복토의 목적과 맞지 않는다.

빗물을 배제하고 화재를 예방하며 폐기물이 날리는 것을 막는 것은 복토의 대표적인 목적으로 맞는 설명이다.

도시쓰레기의 총 중량은 체적과 밀도의 곱으로 구하며 $8\ \mathrm{m^3}\times400\ \mathrm{kg/m^3}=3200\ \mathrm{kg}=3.2\ \mathrm{ton}$이다.

비가연성 성분이 중량비로 60%이므로 가연성 성분은 나머지 40%이며, 가연성 물질의 양은 $3.2\times0.4=1.28\ \mathrm{ton}$이다.

음파는 매질 입자의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 일치하는 종파(소밀파)에 해당한다.

물결파, 전자기파, 지진파의 S파는 진동 방향이 진행 방향에 수직인 횡파에 해당해 종파로 볼 수 없다.

투과손실은 투과계수의 역수에 상용로그를 취해 10을 곱한 값으로 구하며 $TL=10\log_{10}\dfrac{1}{\tau}$로 표현된다.

투과계수 $\tau=0.001$을 대입하면 $TL=10\log_{10}(1000)=10\times3=30\ \mathrm{dB}$이다.

도플러 효과는 발음원이 이동할 때 진행 방향 쪽에서는 원래 음보다 고음으로, 반대쪽에서는 저음으로 들리는 현상을 말한다.

발음원과 관측자 사이의 상대적인 거리 변화에 따라 도달하는 음파의 주파수가 달라지기 때문에 나타나는 현상이다.

인간이 느끼는 진동가속도의 범위는 대체로 1~1000 Gal(0.01~10 m/s²) 정도로 보므로, 0.01~10 Gal이라는 수치는 실제 진동감각 범위보다 훨씬 작게 잡은 값이라 옳지 않다.

수직 진동은 주파수 4~8Hz 부근에서, 수평 진동은 1~2Hz 부근에서 인체가 가장 민감하게 느끼며, 진동수와 상대적인 변위(진폭)에 따라 느낌의 정도가 달라진다는 것은 맞는 설명이다.

고체음의 대책은 진동원을 억제하는 가진력 감소와 함께 방사면적을 줄이고 공명을 회피하는 방향으로 이루어지며, 방사면을 늘리고 공명을 유도하는 것은 오히려 소음을 키우는 방향이라 대책으로 볼 수 없다.

기류음의 경우 밸브를 다단화하거나 배관의 곡률을 완만하게 하는 것은 유체 흐름에 의한 소음을 줄이는 유효한 대책이다.