12년 3회차

공기비가 크면 오히려 완전연소가 촉진되어 매연 발생이 줄어들므로, 불완전연소에 의한 매연 증대는 공기비가 클 때 나타나는 현상과 거리가 멀다.

공기비가 커지면 과잉 공기로 인해 연소실 내 온도가 낮아지고, 배기가스 중 NOx가 증가하며, 배기가스량 증가로 열손실도 커진다.

원심력 집진장치는 구조상 점착성이나 딱딱한 입자가 많은 배출가스에는 폐색·마모 문제로 적합하지 않으므로, 이 설명이 옳지 않다.

처리 가능 입경(3~100㎛)이 비교적 크고 저효율 집진장치 중에서는 집진율이 우수해 경제적인 전처리 장치로 많이 쓰이며, 설치비·유지비도 저렴한 편이다. 또한 원심력 집진장치는 블로우 다운 효과로 집진효율을 높일 수 있다.

후드는 발생원에 최대한 근접시켜 흡인해야 포집 효율이 높아지므로 이 방법이 가장 적합하다.

• 후드의 개구면적을 점차 키우면 흡인속도가 떨어져 포집력이 약해진다.
• 에어커튼은 오염물질의 비산을 막는 데 유용하므로 제거하지 않고 활용해야 한다.
• 배풍기 용량은 여유량을 두어야 압력손실 변화에 대응할 수 있다.

전기 집진장치는 코로나 방전으로 분진 입자를 하전시켜 포집하는 원리이므로 이 설명이 옳다.

• 사이클론은 여과식이 아니라 원심력식 집진장치이다.
• 중력 집진장치는 저효율 집진장치에 속한다.
• 여과 집진장치는 여재가 막히기 쉬워 수분이 많거나 점착성인 먼지 처리에는 부적합하다.

필요한 CaCO₃의 양은 312.5 kg/hr이다.

중유 5,000 kg/hr 중 황 함량이 2%이므로 $5{,}000 \times 0.02 = 100\ \mathrm{kg/hr}$의 S가 전량 SO₂로 연소된다.

반응식 $\mathrm{SO_2 + CaCO_3 \rightarrow CaSO_3 + CO_2}$에서 S(원자량 32) 1kmol당 CaCO₃(분자량 100) 1kmol이 소요되므로
$\dfrac{100}{32} \times 100 = 312.5\ \mathrm{kg/hr}$

구조가 단순하고 압력손실이 매우 작은 중력 집진장치가 동력비가 가장 적게 든다.

벤츄리 스크러버는 높은 압력손실로 동력 소모가 크고, 사이클론과 살수탑도 중력 집진장치보다 압력손실과 동력비가 크다.

선택적 촉매환원법(SCR)에서 질소산화물을 질소와 물로 환원시키는 데 사용하는 환원제는 암모니아(NH₃)이다.

수산화칼슘, 염화수소, 불화수소는 질소산화물 환원제로 쓰이지 않는다.

황록색을 띠고 물에 잘 녹으며 강한 자극성이 있는 유독기체는 염소(Cl₂)이다.

암모니아는 무색의 자극성 기체이고, 이산화탄소와 메탄은 무색·무취에 가까운 기체로 황록색을 띠지 않는다.

세정집진장치 중 유수식으로 분류되는 것은 분수형이다.

유수식은 장치 안에 저장된 물속으로 가스를 통과시켜 액막·기포를 만들어 입자를 포집하는 방식으로, 분수형·S임펠러형·로터형 등이 여기에 속한다.

벤츄리 스크러버, 충전탑, 분무탑은 가압된 물을 노즐 등으로 분사해 가스와 접촉시키는 가압수식에 속한다.

침강실의 높이가 낮고 길이가 길수록 집진율이 높아지므로, 높이가 높고 길이가 짧을수록 집진율이 높아진다는 설명은 원리와 반대되어 옳지 않다.

침강실 내 기류가 균일하고 처리가스 유속이 작을수록, 입구 폭이 클수록 미립자의 체류시간이 길어져 중력에 의한 포집이 잘 이루어진다.

이 송풍관의 압력손실은 8 mmH₂O이다.

원형 덕트의 마찰에 의한 압력손실은 관마찰계수 $F$, 덕트 길이 $L$, 내경 $D$, 속도압 $P_v$로 다음과 같이 구한다.
$\Delta P = 4F \times \dfrac{L}{D} \times P_v$

내경 300mm는 0.3m이므로
$\Delta P = 4 \times 0.004 \times \dfrac{10}{0.3} \times 15 = 8\ \mathrm{mmH_2O}$

공기비 $m$은 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 값으로 정의되므로, 실제공기량은 $A = mA_o$로 나타낸다.

공기비가 1보다 큰 경우 실제공기량이 이론공기량보다 많다는 의미와도 일치한다.

섭씨 25℃를 절대온도로 환산하면 298K이다.

절대온도는 섭씨온도에 273을 더해 구한다.
$T(K) = 273 + 25 = 298\ \mathrm{K}$

응집침전에 영향을 주는 주요 인자는 수온, pH, 콜로이드의 종류와 농도, 응집제 주입량, 교반강도, 알칼리도 등이며, 용존산소(DO)는 응집·플록 형성 반응과 직접적인 관련이 거의 없어 가장 거리가 멀다.

생물학적 처리는 미생물이 분해할 수 있는 유기물 제거에 가장 적합하다.

중금속, 방사능, 시안화합물은 생물체에 독성을 나타내거나 생분해되지 않아 생물학적 방법으로 처리하기 어렵다.

이 폐수의 BOD₅는 180 mg/L이다.

BOD 소비식 $Y = L_0(1-10^{-Kt})$에 값을 대입하면
$Y = 200 \times (1-10^{-0.2 \times 5}) = 200 \times (1-10^{-1})$

$Y = 200 \times 0.9 = 180\ \mathrm{mg/L}$

물은 산소와 수소의 전기음성도 차이로 극성 공유결합을 이루는 대표적인 극성분자이므로, 극성을 갖지 않는다는 설명은 옳지 않다.

물 분자는 산소 1개와 수소 2개가 공유결합하며, 산소에는 2개의 고립 전자쌍이 남아 있고, 산소는 음성 전하·수소는 양성 전하를 띠어 인접 분자 간 수소결합을 형성한다.

소화조는 슬러지를 미생물로 분해하는 생물학적 처리 공정이므로 물리적 예비처리공정에 해당하지 않는다.

스크린, 침사지, 유량조정조는 모두 물리적 작용으로 협잡물·모래를 걸러내거나 유량 변동을 조정하는 예비처리 설비이다.

수질오염공정시험기준상 페놀류 시료는 4℃ 냉장 보관하고 $\mathrm{H_3PO_4}$로 pH 4 이하로 조정한 뒤 $\mathrm{CuSO_4}$ 1g/L을 첨가하며, 최대 보존기간은 28일이다.

인산으로 pH를 낮추고 황산구리를 넣는 것은 시료 중 미생물에 의한 페놀 분해를 억제해 농도 변화를 막기 위한 처리이다.

0.00001M HCl이 완전히 이온화하면 수소이온 농도는 $10^{-5}\ \mathrm{M}$이 되고, pH는 5이다.

$\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H^+}] = -\log(10^{-5}) = 5$

슬러지 팽화(벌킹)는 사상성 박테리아나 균류가 과도하게 증식할 때 주로 발생하는 것이지, 그 성장이 둔화되기 때문에 일어나는 것이 아니므로 이 설명이 옳지 않다.

슬러지 팽화는 플록의 침전성이 나빠 농축이 잘 되지 않는 현상을 말하며, 암갈색 거품은 긴 미생물 체류시간과 과도한 포기 시 흔히 나타난다. 또한 과포기·저부하로 질산화가 진행된 뒤 침전조에서 탈질이 일어나면 발생한 질소가스로 슬러지가 떠오르는 부상 문제가 생긴다.

콜로이드 물질의 입경 범위는 대략 0.001~1㎛이다.

이 크기의 입자는 표면전하로 서로 반발해 중력만으로는 거의 침전하지 않으므로, 응집제를 주입해 플록으로 키운 뒤 침전시킨다.

전기투석은 이온교환막을 이용해 이온성 물질을 분리하는 방법으로, 입자성 물질의 고액분리와는 원리가 다르다.

부상분리, 침전, 침사지는 모두 비중차나 부력을 이용해 고체 입자를 액체로부터 물리적으로 분리하는 방법이다.

우리나라는 세계 평균보다 연간 총 강수량이 많은 편이지만 인구 밀도가 높아 1인당 가용수량은 오히려 적은 편이므로, 이 설명은 사실과 반대되어 옳지 않다.

월별 강수량 편차가 크고 여름철(6~9월)에 연 강수량의 상당 부분이 집중되며, 지하수보다 하천수에 대한 의존도가 높은 것은 우리나라 강수량 분포의 실제 특성과 일치한다.

수중 알칼리도는 관례적으로 탄산칼슘(CaCO₃) 상당량(mg/L, ppm)으로 환산해 나타낸다.

알칼리도는 수산화물·탄산염·중탄산염 등이 산을 중화하는 능력을 뜻하는데, 원인 물질이 여러 가지이므로 CaCO₃ 기준으로 통일해 표시하고 비교한다.

이 폐수의 BOD는 880 mg/L이다.

희석배수를 적용한 BOD는 배양 전후 DO 감소량에 희석배율을 곱해 구한다.
$\mathrm{BOD} = (DO_i - DO_f) \times P = (8.6-4.2) \times 200$

$\mathrm{BOD} = 4.4 \times 200 = 880\ \mathrm{mg/L}$

수질오염공정시험기준에서 총질소는 주로 자외선/가시선 분광법으로 분석한다.

굴절법, 당도법, 전기전도도법은 총질소 측정에 쓰이는 분석법이 아니다.

0.04M NaOH 용액의 농도를 mg/L로 환산하면 1,600 mg/L이다.

NaOH의 분자량은 40 g/mol이므로
$0.04\ \mathrm{mol/L} \times 40\ \mathrm{g/mol} = 1.6\ \mathrm{g/L} = 1600\ \mathrm{mg/L}$

활발한 분해지대(활발한 분해 지대)는 그래프 상 용존산소가 가장 낮은 구간으로, 유기물 분해가 활발히 일어나면서 산소 소비량이 산소 공급량을 초과해 혐기성 상태에 가까워지는 지대이다. 따라서 "용존산소가 가장 높다"는 설명은 틀리다.

• 저하지대: 오염 유입 직후 고등생물이 감소하고 미생물(세균)이 증가하는 구간이 맞다.
• 회복지대: 분해지대와 반대로 용존산소가 점차 회복되는 구간이다.
• 정수지대: 용존산소가 최대치로 회복되어 자연수 상태의 생물이 서식할 수 있는 구간이다.

이들은 옳은 설명이다.

이 지하수의 총경도(as CaCO₃)는 250 mg/L이다.

각 이온의 농도를 CaCO₃ 당량으로 환산해 더한다.
$\mathrm{Ca}: 40 \times \dfrac{50}{20} = 100\ \mathrm{mg/L}$
$\mathrm{Mg}: 36 \times \dfrac{50}{12.15} \approx 148\ \mathrm{mg/L}$

$100 + 148 = 248 \approx 250\ \mathrm{mg/L}$

프로인들리히의 식(Freundlich isotherm)은 흡착량과 평형농도의 관계를 나타내는 대표적인 흡착 등온식이다.

형태는 $\dfrac{x}{m} = K C_{e}^{1/n}$로, 흡착제 단위질량당 흡착량과 평형농도의 관계를 경험적으로 나타낸다.

도플러효과·플랑크상수는 물리학의 파동·양자 현상이고, VAL은 진동가속도레벨을 뜻하는 진동 관련 지표이므로 흡착 현상과는 관련이 없다.

폐기물 파쇄는 겉보기 밀도를 증가시켜 수송·매립 효율을 높이는 것이 목적이며, 밀도를 감소시키는 것은 파쇄의 목적이 아니다.

파쇄로 입자가 작아지면 빈 공간이 줄어들어 용적이 감소하고 겉보기 밀도는 오히려 커진다.

• 입경분포를 균일화해 후속 처리 효율을 높인다.
• 용적을 줄여 수송·매립 비용을 절감한다.
• 입도가 고르면 매립 후 부등침하를 억제하는 효과도 있다.

적환장은 수거지역에서 가능한 한 가까운 곳에 설치해야 수송 효율이 높아지므로, 수거지역에서 멀리 떨어진 곳은 적합하지 않다.

적환장이 수거지역에서 멀어지면 소형 수거차량의 운행 거리와 시간이 늘어나 오히려 수거·운반 비용이 증가한다.

• 간선도로에 인접하면 대형차량으로의 환적과 후속 수송이 용이하다.
• 수송 측면에서 경제적인 위치를 선정해야 비용이 절감된다.
• 공중위생·환경피해가 최소인 곳이어야 주민 민원을 줄일 수 있다.

유동상 소각로의 유동매체는 고온에서 용융되지 않도록 융점이 높아야 하므로, 낮은 융점은 매질이 갖춰야 할 조건이 아니다.

매질이 낮은 온도에서 녹으면 유동층 자체가 뭉쳐 유동성을 잃고 소각로 운전이 불가능해진다.

• 불활성이어야 폐기물이나 배가스 성분과 반응하지 않는다.
• 내마모성이 있어야 유동 중 마모·소모가 적다.
• 비중이 작아야 적은 공기량으로도 유동화가 쉽다.

강열감량 및 유기물함량을 중량법으로 측정할 때 시료를 적셔 탄화시키는 데 쓰는 시약은 질산암모늄용액(25%)이므로, 황산암모늄용액(5%)을 넣는다는 서술은 옳지 않다.

도가니에 시료를 담고 질산암모늄용액(25%)으로 적신 뒤 서서히 가열해 탄화시키는 것이 정해진 조작 순서이다.

• 탄화 후에는 (600 ± 25) ℃ 전기로에서 3시간 강열하고 데시케이터에서 식힌 다음 무게를 단다.
• 평량병·증발접시는 백금제, 석영제 또는 사기제로 가급적 가벼운 것을 사용한다.
• 데시케이터는 실리카겔과 염화칼슘이 담긴 것을 사용해 흡습을 막는다.

수거노선은 가능한 한 시계 방향으로 정하는 것이 원칙이므로, 시계 반대 방향으로 정한다는 서술은 옳지 않다.

시계 방향으로 노선을 구성하면 좌회전을 줄이고 교차로 대기시간을 줄여 수거 효율을 높일 수 있다.

• U자형 회전은 교통 정체와 사고 위험을 높이므로 피한다.
• 한번 간 길은 다시 가지 않아야 중복 운행을 막을 수 있다.
• 출발점은 차고지와 가깝게, 마지막 수거지점은 처분장과 가깝게 배치해야 이동 거리가 짧아진다.

가연성 물질의 양은 폐기물 전체 무게에 가연성 물질 함유율을 곱해 구한다.

폐기물 전체 무게는 $700\ \mathrm{kg/m^3} \times 10\ \mathrm{m^3} = 7000\ \mathrm{kg}$이다.

여기에 가연성 물질 함유율 50%를 곱하면 $7000\ \mathrm{kg} \times 0.5 = 3500\ \mathrm{kg}$이 가연성 물질의 양이다.

표준활성처리(표준활성슬러지법)는 폐수 중 유기물을 미생물로 분해·정화하는 생물학적 처리 공정으로, 에너지를 회수하거나 자원으로 재활용하는 처리법이 아니다.

열분해는 열분해가스와 오일을 얻고, 발효는 메탄 등 바이오가스를 생산하며, RDF는 가연성 폐기물을 고형연료로 가공한다는 점에서 모두 에너지·자원 회수와 직결된다.

짐머만(Zimmerman) 공법은 습식산화법의 대표적인 공법으로, 슬러지에 고온·고압 조건에서 산소를 가해 유기물을 화학적으로 산화시키는 방법이다.

일반적으로 200~270℃의 온도와 70기압 정도의 압력에서 반응시켜 슬러지 중 유기물을 산화·분해하고 탈수성을 개선한다.

박층뿌림공법은 밑면이 개방되는 바지선 등에 폐기물을 싣고 매립 대상지점에서 얇게 펴서 투하하는 해안매립공법이다.

내수배제가 곤란하고 수심이 깊은 지역에서는 육상 장비로 다짐·정지작업을 하기 어려우므로, 선박에서 폐기물을 얇게 여러 층으로 뿌려 자연 침강시키는 이 공법이 적합하다.

차수시설은 매립지 내 폐기물의 수분과 침출수가 외부로 유출되거나 지하수가 매립층 내부로 유입되는 것을 막기 위해 설치하는 시설이다.

바닥과 사면에 점토·차수막 등을 설치해 매립지 내부와 외부 지하수 계를 차단함으로써 침출수에 의한 토양·지하수 오염을 방지한다.

수분함량은 건조 전후 무게 차이를 초기 무게로 나눈 비율로 구한다.

$\dfrac{250-200}{250}\times100 = 20\%$이다.

복토는 최종적으로 매립지 표면에 식생을 조성하기 위한 것이므로, 식물 성장을 촉진하는 것이 목적이지 방지하는 것이 아니다.

복토층이 있어야 씨앗이 뿌리내릴 토양 기반이 마련되고 매립지의 사후 이용이 가능해진다.

• 빗물이 폐기물층으로 바로 침투하지 않도록 배제하는 효과가 있다.
• 산소 유입을 차단해 화재 발생을 억제한다.
• 폐기물이 바람에 날리는 비산을 막아준다.

화격자 면적은 시간당 처리해야 할 폐기물량을 소각 능률로 나누어 구한다.

하루 80000kg을 8시간에 소각하므로 시간당 처리량은 $\dfrac{80000}{8} = 10000\ \mathrm{kg/hr}$이다.

화격자 면적은 $\dfrac{10000}{220} \approx 45.5\ \mathrm{m^2}$이다.

무기적 고형화는 시멘트·석회·포졸란 등 무기성 고화재를 사용하는 방법으로, 유기적 고형화에 비해 고도의 기술이나 촉매 등 유해물질을 필요로 하지 않는다는 점이 특징이다.

고도의 기술과 촉매가 필요한 쪽은 오히려 열가소성 플라스틱 등을 이용하는 유기적 고형화이며, 무기적 고형화는 상대적으로 공정이 단순하고 재료 구입이 쉽다.

• 수용성이 작고 수밀성이 양호해 고화체의 침출이 적다.
• 고화재료를 쉽게 구할 수 있고 재료 자체는 무독성이다.
• 상온·상압에서도 처리가 가능해 특별한 설비가 필요 없다.

파쇄에 작용하는 힘은 충격력·전단력·압축력 세 가지이며, 정전력은 파쇄력에 해당하지 않는다.

충격력은 순간적인 타격으로, 전단력은 엇갈리는 힘으로, 압축력은 누르는 힘으로 대상물을 파쇄하는 데 이용된다.

폐기물관리법령상 지정폐기물 중 부식성폐기물의 폐산은 액체상태로서 수소이온 농도지수(pH)가 2.0 이하인 것으로 한정한다.

반대로 폐알칼리는 액체상태로서 pH가 12.5 이상인 것을 기준으로 하며, 강한 산성·염기성을 띠어 부식성이 큰 액상 폐기물을 별도로 관리하기 위한 기준이다.

혐기성 소화는 미생물에 의한 유기물 분해 공정으로, 중금속과 같은 무기물질을 제거하는 효과는 없다.

중금속은 생물학적으로 분해되지 않고 슬러지 내에 그대로 남거나 형태만 변화할 뿐이므로 소화 처리의 목적으로 볼 수 없다.

• 소화 과정을 거치면서 병원균이 사멸되어 위생적으로 안정화된다.
• 유기물이 분해되면서 슬러지의 무게와 부피가 줄어든다.
• 분해 과정에서 메탄 등 에너지원으로 활용 가능한 부산물이 회수된다.

퇴비화의 최적 조건은 수분 50~60%, pH 5.5~8 정도이다.

수분이 너무 많으면 공극이 막혀 산소 공급이 어려워 혐기성화되고, pH가 지나치게 산성이거나 알칼리성이면 미생물 활동이 저해되어 분해 속도가 느려진다.

음향파워레벨(PWL)은 기준 음향파워와의 비를 로그로 나타낸 값이다.

$PWL = 10\log\dfrac{W}{W_0}$이고 기준음향파워 $W_0 = 10^{-12}\ \mathrm{W}$이다.

$PWL = 10\log\dfrac{10^{-1}}{10^{-12}} = 10\log(10^{11}) = 110\ \mathrm{dB}$이다.

점음원은 거리가 2배가 될 때마다 음압레벨이 약 6dB씩 감소한다.

$SPL_2 = SPL_1 - 20\log\dfrac{r_2}{r_1} = 100 - 20\log\dfrac{20}{10}$

$= 100 - 20\log2 \approx 100 - 6 = 94\ \mathrm{dB}$이다.

방음벽 설치는 음원과 수음점 사이의 소음 전달 경로를 차단하는 대표적인 전파경로대책이다.

소음기 설치, 발생원의 유속 저감, 발생원의 공명 방지는 모두 소음이 발생하는 지점 자체의 소음 발생을 줄이는 음원대책에 해당한다.

음의 크기(sone) 단위는 1000 Hz 순음을 기준으로 정의된다. 1000 Hz 순음의 음세기레벨 40dB의 크기를 1sone이라 하며, 이는 손 압력레벨(phon)과 sone의 관계를 정의하는 기준 주파수이다.

비닐시트는 표면이 막혀 있어 음파가 내부로 통과하지 못하므로, 다공질 흡음재가 아니라 막(판)진동형 흡음재·차음재로 분류된다.

암면, 유리솜, 폴리우레탄폼은 내부에 미세한 기공이 많아 음파가 통과하면서 마찰로 에너지가 소산되는 대표적인 다공질 흡음재이다.