12년 2회차

중력식 집진장치는 침강실의 입구 폭이 넓을수록 처리가스 속도가 느려져 미세입자의 침강·포집이 잘 이루어지므로, 입구 폭이 작을수록 미세입자가 포집된다는 서술은 옳지 않다.

입구 폭이 좁아지면 오히려 가스 유속이 빨라져 입자가 충분히 침강할 시간을 확보하지 못해 효율이 떨어진다.

• 처리가스 속도가 느릴수록 미립자가 가라앉을 시간이 늘어나 포집이 잘 된다.
• 다단으로 구성하면 압력손실은 커지지만 집진 단수가 늘어 효율은 향상된다.
• 침강실 높이가 낮을수록 입자가 가라앉아야 할 거리가 짧아지고, 길이가 길수록 체류시간이 길어져 집진율이 높아진다.

고위발열량은 저위발열량에 수분에 의한 응축잠열을 더해 구한다.

$H_h = H_l + 600(9H + W)$이고, 수소 함량 15%, 수분 함량 1%를 대입하면

$H_h = 12184 + 600(9\times0.15+0.01) = 12184+600\times1.36 = 13000\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

완전연소를 위해서는 연소실 내 온도를 충분히 높게 유지해야 하므로, 연소온도를 낮게 유지해야 한다는 서술은 옳지 않다.

온도가 낮으면 연료 성분이 충분히 산화되지 못하고 미연분·일산화탄소 등이 남아 불완전연소가 일어나기 쉽다.

• 공기와 연료가 잘 섞여야 산소 공급이 고르게 이루어진다.
• 공기(산소)가 충분히 공급되어야 연료 성분이 남김없이 산화된다.
• 연소를 위한 체류시간이 충분해야 반응이 끝까지 진행된다.

흡광광도법은 광원의 빛을 단색화장치나 필터로 좁은 파장대만 선택해 시료 액층을 통과시킨 뒤, 흡수된 빛의 양을 광전측광으로 측정해 목적성분의 농도를 정량하는 분석법이다.

특정 파장에서의 흡광도가 농도에 비례한다는 원리를 이용해 정량 분석을 수행한다.

촉매산화법은 촉매를 이용해 비교적 낮은 온도에서도 악취물질을 산화·분해할 수 있으며, 적정 반응 온도 범위는 250~450℃ 정도이다.

촉매를 쓰지 않는 직접연소법은 650~800℃ 정도의 고온이 필요한 데 비해, 촉매산화법은 촉매 표면에서 반응이 촉진되므로 상대적으로 낮은 온도에서도 충분한 분해 효율을 얻을 수 있다.

공기비는 실제공기량을 이론공기량으로 나눈 값이다.

$m = \dfrac{21.6}{18} = 1.2$이다.

송풍기 소요동력은 처리가스량과 압력손실을 곱하고 효율로 나눈 뒤 여유율을 반영해 구한다.

$P = \dfrac{Q\times \Delta P}{6120\times\eta}\times(1+\alpha)$이고, $Q=6000\ \mathrm{m^3/hr}=100\ \mathrm{m^3/min}$이다.

$P = \dfrac{100\times250}{6120\times0.65}\times1.2 \approx 7.54\ \mathrm{kW}$이다.

건조대기 중 가장 많은 비율로 존재하는 비활성(불활성) 기체는 아르곤(Ar)으로, 부피비 약 0.93%를 차지해 헬륨·네온·크세논보다 월등히 많다.

질소·산소 다음으로 건조대기에서 세 번째로 많은 성분이 아르곤이며, 나머지 희유기체들은 이보다 훨씬 미량으로 존재한다.

수분의 응축잠열까지 포함한 열량은 고위발열량(총발열량)이며, 저위발열량은 이 응축잠열을 제외한 값이므로 두 설명이 뒤바뀌어 있다.

저위발열량은 실제 연소에서 생성된 수분이 수증기 상태로 배출되어 응축열을 회수하지 못하는 현실을 반영한 값으로, 진발열량이라고도 부른다.

• 발열량은 연료 단위량이 완전연소할 때 발생하는 열량으로 정의된다.
• 열량계 실측이나 연료의 화학성분 분석을 통한 이론 계산으로 구할 수 있다.
• 실제 연소에서는 배출가스 중 수분의 응축열을 이용하지 못하므로 유효열량은 저위발열량에 가깝다.

런던형 스모그는 겨울철 지표면의 복사냉각으로 발생하는 복사성 역전 조건에서 주로 나타난다.

지표 부근 공기가 밤사이 냉각되어 상층보다 온도가 낮아지면서 대기가 안정화되고 오염물질이 확산되지 못한 채 지표 부근에 쌓이는 것이 런던형 스모그의 전형적인 발생 기전이다.

냉매·세정제·분사제·발포제 등으로 널리 쓰이며 성층권 오존층을 파괴하는 대표적인 물질은 염화불화탄소(CFC, 프레온가스)이다.

자외선에 의해 분해되면서 방출된 염소 원자가 오존 분자와 연쇄적으로 반응해 오존층을 파괴하는 것으로 알려져 있다.

세정집진장치에서는 배기가스의 습도가 증가하면서 수증기가 입자 표면에 응결해 입자가 커지고 제거 효율이 높아지므로, 습도가 감소해 효율이 증가한다는 서술은 옳지 않다.

습분이 많을수록 입자 주위에 수막이 형성되거나 응결핵으로 작용해 입자가 서로 뭉치기 쉬워지고, 커진 입자는 액적과의 충돌·부착으로 더 쉽게 포집된다.

• 미세입자는 확산에 의해 액적과 접촉할 기회가 늘어난다.
• 입자가 액적에 충돌해 부착하는 관성충돌도 주요 포집 원리이다.
• 입자를 응결핵으로 삼아 수증기가 응결하면 입자 자체가 커져 포집이 쉬워진다.

이론공기량은 이론산소량을 공기 중 산소의 부피비 21%(=0.21)로 나누어 구한다.

프로판(C₃H₈)의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이므로, 프로판 1Sm³ 당 필요한 이론산소량은 5Sm³이다.

따라서 이론공기량은 $\dfrac{5}{0.21}\ \mathrm{Sm^3}$로 표현된다.

고도가 높아질수록 기온이 오히려 상승하는 경우를 기온역전(inversion)이라 한다.

정상 대기에서는 고도가 높아질수록 기온이 낮아져 공기가 상하로 잘 섞이지만, 역전상태에서는 상층 기온이 더 높아 하층의 찬 공기가 위로 이동하지 못해 수직 혼합이 차단된다.

이 때문에 대기오염물질이 지표 부근에 정체되어 고농도 오염을 유발하기 쉽다.

일반적으로 석탄류는 탄화도가 높을수록, 휘발분이 적을수록 착화온도가 높아지는 경향이 있다.

목탄·갈탄·역청탄에 비해 무연탄은 휘발분 함량이 낮고 고정탄소 비율이 높아 불이 붙기 시작하는 온도가 가장 높은 편에 속한다.

체류시간은 $t=\dfrac{V}{Q}$로 구하며, 침전지 용적은 깊이와 표면적의 곱이다.

용적은 $V = 4\ \mathrm{m} \times 1\ \mathrm{m^2} = 4\ \mathrm{m^3}$이고 유입유량은 $Q=30\ \mathrm{m^3/day}$이므로, 체류시간은 $t=\dfrac{4}{30}\ \mathrm{day} \times 24 = 3.2\ \mathrm{hr}$로 계산된다.

부상분리법은 미세기포로 입자를 띄워 제거하는 물리적 처리 방법으로, 미생물 대사를 이용하는 생물학적 처리와는 원리가 다르다.

• 활성슬러지법과 살수여상법은 호기성 미생물을 이용하는 대표적 생물학적 처리 공정이다.
• 산화지법 역시 조류와 세균의 공생을 이용한 생물학적 처리 방식이다.

A/O 공정(혐기조-호기조)은 인(P) 제거를 목적으로 고안된 공정으로, 질소 제거를 위한 고도처리 방법이 아니다.

• 탈기(스트리핑)는 pH를 높여 암모니아를 기체 상태로 휘산시켜 제거한다.
• 염소주입(파괴점 염소처리)은 암모니아성 질소를 질소가스로 산화시켜 제거한다.
• 선택적 이온교환은 이온교환수지로 암모늄이온을 제거하는 방법이다.

염소이온은 과망간산칼륨에 의해 정량적으로 산화되면서 과망간산칼륨을 추가로 소모시키므로 양의 오차(COD값을 높게)를 유발하며, 이 간섭을 막기 위해 첨가하는 시약은 황산은(Ag₂SO₄)이다.

따라서 음의 오차가 발생하고 황산칼륨을 첨가한다는 설명은 성립하지 않는다.

황산산성 조건에서 과망간산칼륨을 넣고 30분간 수욕상 가열하는 절차, 가열 온도·시간 준수, 아질산성질소에 의한 산소 소모 오차는 모두 COD_Mn 시험의 올바른 특성이다.

6가크롬(Cr⁶⁺) 함유 폐수를 처리할 때는 먼저 환원제로 3가크롬(Cr³⁺)으로 환원시킨 뒤 수산화물로 침전시킨다.

이때 널리 쓰이는 환원제는 황산제일철(FeSO₄), 아황산나트륨(Na₂SO₃), 아황산가스(SO₂)이며, 이 셋에 해당하지 않는 NH₂SO₄로 표기된 화합물은 크롬 환원 공정의 환원제로 쓰이지 않는다.

슬러지 벌킹(bulking)은 사상성(실모양) 미생물이 이상 증식하면서 슬러지의 침강성이 나빠져 2차 침전지에서 고액분리가 제대로 이루어지지 않고 슬러지가 함께 유출되는 현상이다.

슬러지 시딩은 접종을, 연못화는 살수여상 매체 표면이 막히는 현상을, 역세는 여과지 세척을 뜻해 모두 이 현상과 다르다.

SVI는 슬러지용적지수로, 30분 침강 후 슬러지 부피(mL/L)를 MLSS 농도(g/L)로 나누어 구한다.

1L 시료에서 침강한 슬러지부피가 150mL이므로 이는 $150\ \mathrm{mL/L}$이고, MLSS는 $2500\ \mathrm{mg/L}=2.5\ \mathrm{g/L}$이다. 따라서 $SVI=\dfrac{150}{2.5}=60$으로 계산된다.

정체 수역에 성층이 형성되면 수온 차이에 따라 표면에서부터 표수층 → 수온약층 → 심수층 순으로 층이 구분된다.

표수층은 수온이 높고 혼합이 잘 되는 표층, 수온약층은 수심에 따라 수온이 급격히 변하는 경계층, 심수층은 하부의 저온·정체 구간이다.

생산자·소비자의 사체와 배설물을 분해해 무기물로 되돌리는 생물을 분해자라 하며, 유기물을 산화 분해하는 과정에서 용존산소를 소비한다는 점에서 이는 호기성 종속영양세균의 특징이다.

조류는 스스로 유기물을 합성하는 생산자이고, 독립영양세균은 무기물을 에너지원으로 쓰므로 유기물 분해자가 아니며, 혐기성 종속영양세균은 산소가 없는 조건에서 작용하므로 용존산소 소비라는 설명과 맞지 않는다.

경도(硬度)는 칼슘·마그네슘 이온 농도를 나타내는 지표로, 부영양화의 원인·영향 물질과는 직접 관련이 없다.

• 투명도는 조류 증식에 따른 수질 악화 정도를 간접적으로 보여준다.
• 영양염류(질소·인) 농도는 부영양화를 일으키는 직접 원인물질이다.
• 클로로필-a 농도는 조류(플랑크톤) 현존량을 정량적으로 나타내는 대표 지표다.

NaOH의 당량(equivalent weight)은 분자량 40을 원자가 1로 나눈 40이다.

$0.001\ \mathrm{N} = 0.001\ \mathrm{eq/L}\times 40\ \mathrm{g/eq} = 0.04\ \mathrm{g/L} = 40\ \mathrm{mg/L}$이므로, ppm 단위로는 40이 된다.

표준대기압(1atm)은 $101{,}325\ \mathrm{N/m^2}$에 해당하며, 이를 hPa(=mbar) 단위로 나타내면 약 1013이 된다.

따라서 단위를 N/m²로 쓰면서 값은 1013을 그대로 쓴 표현은 실제 1atm 값(101,325 N/m²)과 자릿수가 맞지 않아 표준대기압을 옳게 나타낸 것이 아니다.

14.7 psi, 10.33 mH₂O, 760 mmHg는 모두 1atm과 동일한 값을 나타내는 올바른 환산이다.

표면부하율(surface loading rate)은 침전지에 유입되는 유량을 침전지 표면적으로 나눈 값으로, 이 값과 같거나 그보다 침강속도가 큰 입자는 이론상 100% 제거된다.

레이놀즈수는 흐름의 층류·난류 판별에, 한계속도는 이미 가라앉은 입자가 다시 떠오르지 않도록 제한하는 한계 유속에, 헤젠(헤젠-윌리엄스) 상수는 관 마찰손실 계산에 쓰이는 값으로 이 정의와는 다르다.

부유물질(SS)은 물에 녹지 않고 유리섬유 여과지(GF/C)에 걸러지는(통과하지 못하는) 고형물질을 mg/L로 나타낸 값이다.

물에 녹는 고형물질이며 거름종이를 통과하는 양을 의미한다는 설명은 SS의 정의와 반대된다.

SS 농도가 처리효율 평가나 1차 침전지 설계 유속 산정의 기초자료로 쓰이고, 어류 아가미를 막아 폐사를 일으킬 수 있다는 점은 모두 맞는 설명이다.

산화지 필요 면적은 하루 BOD 부하량을 BOD 부하율로 나누어 구한다.

하루 BOD 부하량은 $200\ \mathrm{g/m^3}\times 6000\ \mathrm{m^3/day} = 1{,}200{,}000\ \mathrm{g/day}=1200\ \mathrm{kg/day}$이다. 따라서 면적은 $\dfrac{1200}{300}=4\ \mathrm{ha}$로 계산된다.

폐기물 선별(sorting)의 가장 근본적인 목적은 혼합된 폐기물에서 재활용 가능한 성분을 분리해 회수하는 것이다.

부피 감소는 압축·파쇄 등 다른 중간처리 공정의 목적이며, 밀도 증가나 저장면적 감소는 선별의 직접적 목적이라 보기 어렵다.

소각로는 폐기물을 태우는 연소 방식에 따라 화격자식, 유동상식, 회전로(로터리킬른)식 등으로 분류된다.

펌프식은 소각 방식을 가리키는 분류가 아니라 액체를 이송하는 장치를 의미하므로 소각로 형식으로 볼 수 없다.

도금업이나 피혁(가죽)의 크롬무두질 공정에서는 크롬화합물을 다량 사용하므로, 해당 업종 폐기물에서는 크롬(Cr)이 대표적으로 검출된다.

PCB는 변압기유 등 절연유 관련 업종, Cd는 특정 합금·안료 관련, Hg는 온도계·형광등·계측기 관련 폐기물에서 주로 문제가 되어 이 업종군의 대표 성분과는 결이 다르다.

안정화·고형화(S/S) 처리는 오염물질을 매트릭스에 가두거나 화학적으로 안정시켜 독성과 이동성을 낮추는 것이 목적이다.

따라서 오염물질의 독성 증가는 S/S 처리가 지향하는 방향과 정반대이며, 실제로는 취급성 향상, 오염물질 노출 표면적 감소, 용해성 제한이 나타난다.

임호프탱크는 상부의 침전실과 하부의 소화실을 하나의 조로 결합하고, 가스와 스컴이 모이는 스컴실을 갖춘 구조로, 별도의 산소공급 장치인 포기조는 포함하지 않는다.

침전과 소화가 동시에 이루어지는 것이 임호프탱크의 특징이며, 이는 활성슬러지 공정의 포기조와는 구분되는 개념이다.

소각로의 하루 열발생량은 열발생율에 용적과 가동시간을 곱해 구한다.

$4000\ \mathrm{kcal/m^3 \cdot hr}\times 125\ \mathrm{m^3}\times 8\ \mathrm{hr} = 4{,}000{,}000\ \mathrm{kcal/day}$

이를 폐기물 발열량으로 나누면 소각량이 되므로 $\dfrac{4{,}000{,}000}{800}=5{,}000\ \mathrm{kg}=5\ \mathrm{톤}$이 하루 소각량이다.

물질수지법은 조사 대상 계(system)의 경계를 명확히 설정한 뒤, 그 안으로 투입되는 원료와 산출되는 제품의 흐름을 근거로 폐기물 발생량을 역산하는 방법이다.

세밀한 공정 데이터가 뒷받침되어야 정확도가 높아지는 만큼 조사에 비용과 시간이 많이 드는 대신, 상세한 자료가 있을 때는 신뢰도 높은 추정이 가능하다는 특징이 있다.

중유 사용량을 질량으로 환산하면 $350\ \mathrm{L/h}\times 0.87\ \mathrm{kg/L}=304.5\ \mathrm{kg/h}$이고, 이 중 황(S) 함유량은 $304.5\times0.025=7.6125\ \mathrm{kg/h}$이다.

황은 연소되어 전량 $\mathrm{SO_2}$로 전환되며, S 1kmol(32kg)당 SO₂ 22.4Sm³가 발생하므로 $\dfrac{7.6125}{32}\times22.4 \approx 5.3\ \mathrm{Sm^3/h}$가 발생하는 SO₂ 양이다.

회전로(Rotary kiln)는 로가 회전하면서 폐기물을 교반·이송하는 구조상 내화물 마모와 분진 비산이 상대적으로 많고, 열효율이 낮은 편이라는 단점을 가진다.

따라서 열효율이 높고 먼지가 적게 발생한다는 설명은 회전로의 실제 특성과 반대되어 장점으로 보기 어렵다.

반면 전처리 없이 다양한 성상의 폐기물을 주입할 수 있고, 액상·고상 폐기물을 함께 연소할 수 있으며, 습식 가스세정설비와 조합해 쓸 수 있다는 점은 회전로의 실제 장점이다.

건조 과정에서 고형분(건조 질량)은 변하지 않는다는 점을 이용해 계산한다.

쓰레기 1톤(1000kg), 수분 25%이므로 고형분은 $1000\times(1-0.25)=750\ \mathrm{kg}$이다. 수분 5%가 되었을 때의 전체 질량은 $\dfrac{750}{1-0.05}\approx789.5\ \mathrm{kg}$이므로, 증발된 수분량은 $1000-789.5\approx210\ \mathrm{kg}$이다.

채취한 폐기물 시료의 양을 분석 가능한 크기로 줄이는 시료 축소 방법에는 구획법, 교호삽법, 원추4분법이 있다.

직접계근법, 물질수지법, 적재차량계수법은 폐기물의 발생량을 조사·추산하는 방법으로, 채취한 시료를 줄이는 축소화 방법과는 목적이 다르다.

압축, 파쇄, 선별은 매립이나 소각에 앞서 폐기물의 부피나 성상을 조정하는 대표적인 중간처리 공정이다.

반면 매립은 폐기물을 최종적으로 처분하는 최종처리 단계에 해당하므로 중간처리로 분류되지 않는다.

슬러지 개량(conditioning)은 응집제 투입이나 열처리 등으로 슬러지 입자의 구조를 변화시켜 탈수성을 향상시키는 것을 주된 목적으로 한다.

악취 제거나 무해화, 부패 방지는 소화·안정화 등 다른 처리 단계에서 다루는 목표에 가깝다.

폐기물공정시험기준의 원자흡광광도법에서 카드뮴(Cd)은 $228.8\ \mathrm{nm}$ 파장에서 흡광도를 측정하도록 정하고 있다.

중금속마다 고유한 흡수파장이 있어 항목별로 정해진 파장에서 측정해야 정확한 정량이 가능하다.

제시된 설명은 덮개 시설에 대한 내용이다. 악취·비산·해충 및 야생동물의 번식, 화재 등을 방지하기 위해 폐기물 매립층 위를 덮어주는 시설이며, 매립 및 다짐 작업 시 우수의 침투를 막아 침출수 발생량을 감소시키는 역할도 한다. 이 시설은 매일복토, 중간복토, 최종복토로 나누어 시공된다.

혐기성 소화는 산소가 없는(무산소) 조건에서 진행되는 분해 과정이므로, 그 과정에서 산소가 발생하지는 않는다.

유기물은 먼저 유기산과 알코올 등으로 분해되는 산생성 단계를 거친 뒤, 최종적으로 메탄과 이산화탄소로 전환되는 메탄생성 단계로 이어진다.

적환장은 수집한 폐기물을 대형 차량으로 옮겨 실어 먼 거리의 처분장까지 효율적으로 운반하기 위해 설치한다.

따라서 처분장이 수집장소 바로 인접해 있는 경우는 운반 거리 문제가 애초에 없으므로 적환장을 설치할 필요성이 낮은 경우에 해당한다.

반대로 소규모 주택 밀집지역이거나 소형 컨테이너를 많이 쓰는 경우, 반죽·공기수송 방식을 쓰는 경우는 운반 효율을 높이기 위해 적환장이 필요한 대표적 상황이다.

음향파워레벨과 같은 로그 단위는 산술평균이 아니라, 에너지량으로 환산해 평균한 뒤 다시 로그로 되돌리는 방식으로 평균을 구한다.

$L_{avg}=10\log\left(\dfrac{1}{n}\sum_{i}10^{L_i/10}\right)$에 89, 91, 95 dB를 대입하면 $10\log\left(\dfrac{10^{8.9}+10^{9.1}+10^{9.5}}{3}\right)\approx 92.4\ \mathrm{dB}$가 된다.

음파는 대표적인 종파로, 매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 서로 나란(평행)하다.

• 매질의 진동 방향과 파동 진행 방향이 서로 수직인 것은 횡파의 특징이지 종파의 특징이 아니다.
• 음파·지진파 같은 역학적 파동은 종파든 횡파든 전파하려면 매질이 있어야 하며, 매질 없이 진공을 통과할 수 있는 것은 전자기파(빛 등)이다.
• 지진파 중 S파는 진행 방향과 진동 방향이 서로 수직인 횡파이고, 진행 방향과 진동 방향이 평행한 것은 P파이다.

음향파워레벨은 $PWL = 10\log\dfrac{W}{W_0}$ (기준음향파워 $W_0=10^{-12}\mathrm{W}$)로 정의되며, 이 식을 풀면 음향파워는 0.01W가 된다.

$100 = 10\log\dfrac{W}{10^{-12}}$ 에서 $\dfrac{W}{10^{-12}}=10^{10}$이므로 $W=10^{-2}\mathrm{W}=0.01\mathrm{W}$이다.

두 음의 주파수가 거의 같아질 때 나타나는 것은 맥놀이(beat) 현상이며, 이 경우 마스킹 효과는 오히려 감소한다. 도플러 효과는 음원과 관측자의 상대운동 때문에 들리는 주파수가 달라지는 현상으로 마스킹과는 관계가 없다.

• 저음이 고음을 잘 마스킹하는 것은 맞는 설명이다.
• 두 음의 주파수가 비슷할 때 마스킹 효과가 크게 나타나는 것도 맞는 설명이다.
• 마스킹이 음파 간의 간섭 현상에 의해 일어난다는 설명도 맞다.