12년 1회차

저위발열량은 고위발열량에서 수분 증발에 쓰이는 잠열을 뺀 값으로, 계산하면 9430kcal/kg이 된다.

공식은 $H_l = H_h - 600(9H + W)$이며, 수소 $H=0.10$, 수분 $W=0.05$를 대입하면 $H_l = 10000 - 600(9\times0.10+0.05) = 10000-570=9430\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

원심력 집진장치(사이클론)의 압력손실은 대략 100mmH₂O 내외로 20mmH₂O보다 훨씬 크며, 높은 집진율을 얻으려면 유입속도·형상비 등에 대한 전문적인 설계 기술이 필요하다.

• 구조가 간단하고 취급이 쉬운 것은 원심력 집진장치의 장점이 맞다.
• 점착성·흡습성 분진 처리에 부적합한 것도 맞는 설명이다.
• 블로우다운(blow-down) 방식으로 집진효율을 높일 수 있는 것도 맞는 설명이다.

필요한 여과포 개수는 79개이다.

유량 $Q=1000\ \mathrm{m^3/min}=16.67\ \mathrm{m^3/s}$, 여과속도 $v=1.5\mathrm{cm/s}=0.015\mathrm{m/s}$이므로 필요 여과면적은 $A=\dfrac{Q}{v}=\dfrac{16.67}{0.015}=1111\ \mathrm{m^2}$이다.

자루 1개의 여과면적은 $\pi D L=\pi\times0.3\times15=14.14\ \mathrm{m^2}$이므로 자루 개수는 $\dfrac{1111}{14.14}\approx79\text{개}$이다.

대기가 중립조건일 때 나타나며 연기의 단면분포가 가우시안 분포를 보이는 연기 형태는 원추형(coning)이다.

수직 확산보다 수평 이동이 커서 오염물질이 멀리 퍼지지만 지표 부근 농도는 낮게 유지되는 것이 원추형 연기의 특징이다.

(CO₂)max는 이론공기량으로 연료를 완전연소시켰을 때 연소가스 중 이산화탄소 농도를 의미한다.

과잉공기를 공급하면 연소가스가 희석되어 CO₂ 농도가 낮아지므로, 이론공기량으로 완전연소한 경우가 CO₂ 농도가 최대가 되는 기준이 된다.

관내 평균풍속은 약 66m/s이다.

관 단면적은 $A=\dfrac{\pi D^2}{4}=\dfrac{\pi\times0.2^2}{4}=0.0314\ \mathrm{m^2}$이고, 유량 $Q=125\ \mathrm{m^3/min}=2.083\ \mathrm{m^3/s}$이므로 $v=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{2.083}{0.0314}\approx66\ \mathrm{m/s}$이다.

흡수공정에 사용하는 흡수액은 운전 중 손실과 재사용을 고려해 휘발성이 작아야 한다.

• 점성이 작아야 한다는 것은 맞는 요건이다.
• 대상 가스에 대한 용해도가 커야 한다는 것도 맞는 요건이다.
• 처리하려는 가스와 용매의 화학적 성질이 비슷해야 잘 녹는다는 것도 맞는 요건이다.

대류권에서는 온실가스로 작용하고 성층권에서는 오존층 파괴물질로 알려진 물질은 아산화질소(N₂O)이다.

N₂O는 성층권에서 자외선에 의해 분해되어 오존과 반응하는 질소산화물을 생성함으로써 오존층 파괴에 관여한다.

로스엔젤레스형 스모그는 광화학 스모그로서 자동차 배기가스의 질소산화물(NOx)과 탄화수소가 햇빛에 의해 광화학 반응을 일으켜 발생한다. 발생 조건은 23~32℃의 고온과 강한 자외선, 그리고 석유계 연료 연소로 인한 오염물질이 필수적이다. 반면 방사성 역전(복사 역전)은 지표면 근처의 찬 공기가 상층 따뜻한 공기로 덮여 대기가 안정화되는 현상으로, 이는 런던형 스모그(고전 스모그) 발생의 핵심 조건이며 로스엔젤레스형과는 관련이 없다.

악취물질을 직접연소법으로 처리할 때 일반적인 연소온도는 600~800℃ 범위이다.

이보다 낮은 온도에서는 악취성분이 충분히 산화·분해되지 않고, 지나치게 높은 온도는 불필요한 에너지 소모를 늘린다.

농황산의 몰농도는 약 14mol/L이다.

몰농도 $M=\dfrac{1000\times \text{비중}\times \text{농도}}{\text{분자량}}=\dfrac{1000\times1.84\times0.75}{98}\approx14.08\ \mathrm{mol/L}$이다.

중유 1.7kg을 완전연소시키는 데 필요한 이론공기량은 약 18Sm³이다.

이론산소량은 $O_0=1.867C+5.6H+0.7S=1.867\times0.87+5.6\times0.10+0.7\times0.03\approx2.21\ \mathrm{Sm^3/kg}$이고, 이론공기량은 $A_0=\dfrac{O_0}{0.21}\approx10.5\ \mathrm{Sm^3/kg}$이므로 1.7kg에 대해서는 $10.5\times1.7\approx18\ \mathrm{Sm^3}$이다.

수세법은 물에 대한 용해도가 큰 가스를 흡수·제거하는 방법으로, 질소산화물인 이산화질소(NO₂)는 물에 대한 용해도가 상대적으로 낮아 수세법만으로는 제거 효율이 낮다.

반면 암모니아, 아황산가스, 염소는 물에 잘 녹는 편이어서 수세법으로 효과적으로 제거할 수 있다.

가스 흡착에 일반적으로 사용되는 흡착제는 활성탄, 실리카겔, 마그네시아 등이며, 활성망간은 통상적인 가스 흡착제로 쓰이지 않는다.

활성망간은 주로 수처리에서 철·망간을 산화시켜 제거하는 여재로 이용되는 물질로, 배출가스 흡착제 범주와는 거리가 멀다.

해수의 Mg/Ca 비는 담수보다 크지만 그 값은 대략 3~4 정도이며, 300~400에 이르지는 않는다(담수는 대체로 1 미만).

• 해수의 pH가 약 8.2로 약알칼리성을 띠는 것은 맞는 설명이다.
• 해수 주요 성분들의 농도비가 해역에 관계없이 거의 일정하다는 것도 맞는 설명이다.
• 염분이 적도 해역에서 높고 남북 양극 해역에서 낮은 경향도 일반적으로 맞는 설명이다.

자정상수(자정계수)는 재폭기계수를 탈산소계수로 나눈 값으로, 계산하면 30이 된다.

$f=\dfrac{k_2}{k_1}=\dfrac{6.0}{0.2}=30$

염소계 산화제를 이용한 알칼리 산화법은 시안(CN⁻)을 CO₂와 N₂로 완전히 분해할 수 있는 보편적이고 효과적인 처리방법이다. 시안 폐수에 차아염소산나트륨(NaClO) 등 염소계 산화제를 알칼리 조건에서 투입하면 다음 반응식을 따라 무해한 물질로 전환된다: $2CN^- + 5ClO^- + 2OH^- \rightarrow N_2 + 2CO_3^{2-} + 5Cl^- + H_2O$
반면 크롬 함유 폐수는 산화물 침전이나 환원법으로, 납 함유 폐수는 수산화물 침전으로, PCB 함유 폐수는 흡착·소각 등 별도 방법으로 처리되며 산화제로 완전 분해되지 않는다.

필요한 약품량은 약 134kg이다.

수조의 부피는 $30\times18\times3.6=1944\ \mathrm{m^3}$이고, 주입농도 69mg/L(=0.069kg/m³)를 곱하면 $1944\times0.069\approx134\ \mathrm{kg}$이다.

물속 유기물이 호기성 분해될 때 탄소성분은 최종적으로 탄산가스(CO₂)로 산화된다.

암모니아·유화수소(황화수소)·메탄가스는 산소가 부족한 혐기성 조건에서 나타나는 분해 산물로, 호기성 분해의 최종산물과는 다르다.

겨울철 동결과 연못화(ponding) 현상은 살수여상법의 대표적인 문제점이며, 활성슬러지법의 특징으로 보기는 어렵다.

• 산기장치 일부가 막히면 포기조 내 수류가 불균일해지는 것은 활성슬러지법에서 실제로 나타나는 문제다.
• 용존성 유기물 제거에 적합하다는 것도 활성슬러지법의 특징이 맞다.
• 슬러지 팽화(벌킹)와 거품 발생이 일어날 수 있다는 것도 활성슬러지법에서 흔한 문제다.

하·폐수 처리시설의 일반적인 처리계통은 침사지 → 1차 침전지 → 폭기조 → 소독조 순서로 구성된다.

침사지에서 모래·자갈 등 무거운 협잡물을 먼저 제거하고, 1차 침전지에서 부유물질을 가라앉힌 뒤 폭기조의 생물학적 처리를 거쳐 마지막으로 소독조에서 병원균을 살균한다.

pH 미터는 일반적으로 유리전극과 비교전극(기준전극)으로 구성된 검출부와 지시부로 이루어지며, 아르곤전극 및 산화전극으로 구성된다는 설명은 옳지 않다.

• pH가 수소이온농도의 역수를 상용대수로 나타낸 값이라는 정의는 맞는 설명이다.
• 표준액 조제용 물을 끓여 이산화탄소를 제거하고 산화칼슘 흡수관을 부착해 식히는 절차도 맞는 설명이다.
• 산성표준액은 3개월, 염기성표준액은 산화칼슘 흡수관을 부착해 1개월 이내 사용한다는 것도 맞는 설명이다.

응집실험(jar test)은 응집제와 보조제 주입 → 급속교반 → 완속교반 → 침전 순서로 진행한다.

급속교반으로 약품을 신속히 분산시켜 미세플록을 형성시킨 뒤, 완속교반으로 플록을 크게 성장시키고 마지막으로 침전시켜 처리 효과를 평가한다.

Stokes 법칙으로 구한 침전속도는 약 0.898cm/s이다.

$V_s=\dfrac{g\,d^2(\rho_s-\rho_w)}{18\mu}=\dfrac{980\times(0.01)^2\times(2.65-1)}{18\times0.01}\approx0.898\ \mathrm{cm/s}$

기체의 용해도가 그 기체의 분압에 비례한다는 것은 헨리의 법칙이며, 여름철 낮은 기압이 수중 용존산소 감소와 어패류 질식현상으로 이어지는 현상을 설명한다.

기압이 낮아지면 대기 중 산소의 분압도 낮아져 물에 녹아드는 산소의 양이 줄어들기 때문이다.

0.05%는 500ppm에 해당한다.

$1\% = 10{,}000\ \mathrm{ppm}$이므로 $0.05\%=0.05\times10{,}000=500\ \mathrm{ppm}$이다.

회분식 배양에서 미생물은 유도기 → 대수성장기 → 정지기 → 사멸기 순으로 성장한다.

유도기에는 환경 적응이 이루어지고, 대수성장기에는 영양분이 충분해 기하급수적으로 증식하며, 영양분이 고갈되면 정지기를 거쳐 사멸기에 이른다.

요구되는 포기조 용적은 500m³이다.

BOD 부하는 $Q\times \mathrm{BOD}=1500\times200\times10^{-3}=300\ \mathrm{kg/day}$이고, MLSS 농도는 $1500\mathrm{mg/L}=1.5\ \mathrm{kg/m^3}$이므로 $V=\dfrac{300}{0.4\times1.5}=500\ \mathrm{m^3}$이다.

활성슬러지법의 표준 운전조건에서 F/M비는 0.2~0.4 kgBOD/kgMLSS·day 범위로 유지하는 것이 일반적이다.

F/M비가 이보다 지나치게 높으면 유기물 부하가 과다해져 처리효율이 떨어지고 슬러지 침강성이 나빠지며, 지나치게 낮으면 미생물이 내생호흡 단계로 들어가 미세한 핀플록이 생기는 등 운전이 불안정해진다.

수심 1m 이하의 산화지법에서 호기성 세균에 산소를 공급하는 원천은 조류의 광합성과 수면을 통한 대기 재폭기이며, 균류가 산소공급원으로 함께 언급되는 것은 옳지 않다. 균류는 산소를 소비하는 종속영양 미생물이다.

• 접촉산화법이 포기조에 접촉여재를 넣어 생물막으로 처리하는 방식이라는 설명은 맞다.
• 살수여상법에서 연못화에 따른 악취·파리 번식이 문제점으로 지적된다는 것도 맞는 설명이다.
• 회전원판법이 미생물 부착성장형이라 슬러지 반송이 필요 없다는 것도 맞는 설명이다.

환원법과 수산화제2철 공침법으로 처리하는 대표적인 폐수는 비소(As) 함유 폐수이다.

비소를 환원시킨 뒤 수산화제2철과 공침시켜 불용성 침전물로 만들어 제거하는 방식이 널리 쓰인다.

1M 황산(H₂SO₄) 10mL를 중화하는 데 필요한 1M 수산화나트륨(NaOH)의 양은 20mL이다.

황산은 2가산이므로 당량수는 $2\times1\mathrm{M}\times10\mathrm{mL}=20\ \mathrm{meq}$이고, NaOH는 1가염기이므로 같은 당량을 맞추려면 20mL가 필요하다.

적조현상을 일으키는 주된 원인물질은 인(P)이다.

질소와 함께 인은 식물플랑크톤의 과다 증식(부영양화)을 유발하는 핵심 영양염류로, 하천이나 연안으로 유입되면 적조의 주요 원인이 된다.

부피가 처음의 1/4로 줄었을 때 압축비는 4이다.

압축비는 $CR=\dfrac{V_0}{V_f}=\dfrac{V_0}{V_0/4}=4$로 계산된다.

철과 같이 자성을 띠는 금속은 자석선별로 선별하는 것이 가장 효과적이다.

자석선별은 영구자석이나 전자석을 이용해 자성체만 끌어당겨 분리하는 방식으로, 고철 등 철금속 회수에 널리 쓰인다.

• 공기선별은 풍력을 이용해 무게·비중이 가벼운 물질(종이·비닐 등)을 분리하는 방식이라 철 회수에는 맞지 않는다.
• 부상선별은 물속에서 기포를 붙여 띄우는 방식으로, 표면의 젖음성(친수성·소수성) 차이를 이용하는 습식 선별이다.
• 스크린선별은 입도(크기) 차이로 걸러내는 방식이라 자성 여부와는 무관하다.

분뇨 처리의 목적은 최종 생성물의 감량화, 생물학적 안정화, 위생적 안전화가 핵심이며, 슬러지의 균일화는 이러한 처리 목적으로 제시되지 않는다.

즉 분뇨처리는 부피와 유기물을 줄이고 병원균을 없애 안전하게 처분하기 위한 것이지, 슬러지 성상을 균일하게 만드는 것 자체가 목적은 아니다.

전단파쇄기는 고정날과 가동날이 서로 교차하면서 폐기물을 절단하는 방식으로, 파쇄 속도는 느리지만 목재·플라스틱·종이류 파쇄에 주로 사용되며 왕복식·회전식 등이 있다.

• 냉온파쇄기는 저온에서 재료를 냉각시켜 취성을 높여 파쇄하는 방식으로 날의 교차와는 무관하다.
• 충격파쇄기는 회전하는 해머 등으로 타격하여 파쇄하는 방식이다.
• 압축파쇄기는 압축력으로 부수는 방식이다.

슬러지 처리공정에서 개량(conditioning) 단계는 탈수성을 높이기 위한 전처리 과정으로, 세정(elutriation)이 이에 해당한다.

소화는 유기물을 안정화하는 생물학적 처리, 탈수는 수분을 물리적으로 제거하는 공정, 소각은 최종 감량·처분 공정으로 각각 개량과는 구분되는 단계다.

매립지 복토(덮개시설)의 목적은 악취 억제, 해충·야생동물 번식 방지, 비산 방지 등이며, 식물성장의 억제는 복토의 목적이 아니다.

오히려 최종복토는 식생 활착을 통한 매립지 안정화·경관 복원을 돕는 역할을 하므로, 식물 생장을 억제하는 것과는 반대되는 방향이다.

공기비(m)는 실제 공급된 공기량과 이론 공기량의 비로 정의되며, 연료가 완전연소하는 데 필요한 이론량 대비 실제로 얼마나 많은 공기를 공급했는지를 나타내는 지표다.

$m = \dfrac{A}{A_0}$ (A: 실제공기량, $A_0$: 이론공기량)로 표현하며, 완전연소를 위해 일반적으로 m은 1보다 크게 설정한다.

Rietema식에 의한 회수율은 목적물질의 회수 비율에서 비목적물질의 혼입 비율을 뺀 값으로 계산하며, 그 결과는 약 76%이다.

투입량 1,000kg/h 중 회수대상 물질의 총량은 회수물 중 550kg/h와 제거물 중 70kg/h를 더한 620kg/h이고, 비대상 물질 총량은 나머지 380kg/h이다.

목적물질의 회수율은 $\dfrac{550}{620} \approx 88.7\%$이고, 비목적물질이 함께 회수된 비율은 $\dfrac{600-550}{1000-620} = \dfrac{50}{380} \approx 13.2\%$이므로, 최종 회수율은 $88.7\% - 13.2\% \approx 76\%$이다.

빛의 80%가 흡수되었다면 투과된 빛은 20%이므로, 투과도 $t=0.2$일 때 흡광도는 $A = \log \dfrac{1}{t}$로 구하며 그 값은 약 0.699이다.

$A = \log\dfrac{1}{0.2} = \log 5 \approx 0.699$로 계산된다.

폐기물공정시험기준에서 방울수란 20℃에서 정제수 20방울을 적하할 때 그 부피가 약 1mL가 되는 것을 말한다.

이는 시험 조작에서 액체 시약을 방울 단위로 소량씩 첨가할 때 사용하는 표준화된 기준이다.

쓰레기를 퇴비화할 때 미생물의 분해 활동에 가장 적합한 C/N비의 범위는 20~35 정도이다.

C/N비가 지나치게 낮으면 질소가 암모니아로 휘산되어 손실되고, 반대로 지나치게 높으면 분해 속도가 느려져 퇴비화 기간이 길어진다.

듀롱의 식 $H_h = 8100C + 34000\left(H-\dfrac{O}{8}\right) + 2500S$에 조성비를 대입하면 고위발열량은 약 4100 kcal/kg이다.

$H_h = 8100(0.50) + 34000\left(0.05-\dfrac{0.39}{8}\right) + 2500(0.005)$

$= 4050 + 34000(0.00125) + 12.5 \approx 4105\ \mathrm{kcal/kg}$

질소와 회분은 발열에 기여하지 않아 계산식에 들어가지 않는다.

매립지역 선정 시에는 복토용 흙 확보, 경제적인 용지 매수, 주민 수용성 등을 고려해야 하지만, 지하수 침투를 용이하게 하는 낮은 지역을 고르는 것은 오히려 피해야 할 조건이다.

지하수와 접촉하기 쉬운 저지대는 침출수로 인한 지하수 오염 위험이 크므로, 매립지는 지하수위가 낮고 불투수성 지반을 갖춘 곳을 선정하는 것이 원칙이다.

폐기물이나 연료의 발열량을 측정하는 대표적인 실험장비는 봄베열량계(Bomb calorimeter)이다.

시료를 밀폐된 봄베 안에서 고압 산소 분위기로 완전연소시키고, 그때 발생하는 열량을 주변 수조의 온도 상승으로 측정하는 원리다.

건조 전후 고형물량은 변하지 않는다는 원리를 이용하면, 건조 후 폐기물 중량은 약 0.53ton이 된다.

함수율 60%인 폐기물 1,000kg의 고형물량은 $1000 \times (1-0.6) = 400\ \mathrm{kg}$이고, 이 고형물이 함수율 25%(고형물 75%) 상태의 전체 중량이 되므로 $400 \div 0.75 \approx 533\ \mathrm{kg} = 0.53\ \mathrm{ton}$이다.

매립지 침출수 중 난분해성 유기물을 처리하는 데는 펜턴(Fenton) 시약이 사용된다.

펜턴 시약은 과산화수소와 철염을 이용해 강한 산화력을 가진 라디칼을 생성시키는 고도산화공정으로, 일반 생물학적 처리로 분해되지 않는 유기물을 산화·분해하는 데 효과적이다.

인구와 수거량, 밀도를 이용해 계산하면 1인1일 쓰레기 발생량은 약 1.14kg/인·일이다.

1주일 수거량 100,000㎥에 밀도 0.4ton/㎥을 곱하면 $100{,}000 \times 0.4 = 40{,}000$, 즉 40,000ton/주이고, 하루로 환산하면 $40{,}000 \div 7 \approx 5{,}714$, 즉 약 5,714ton/일이다.

이를 kg으로 바꾸어 인구 5,000,000명으로 나누면 $\dfrac{5{,}714{,}000}{5{,}000{,}000} \approx 1.14$, 즉 약 1.14kg/인·일이 된다.

MHT(man·hour/ton)는 수거인부 1인이 쓰레기 1톤을 수거하는 데 걸리는 총시간을 나타내는 지표로, 수거 작업의 노동력(인력 소요도)을 비교하는 데 사용된다.

MHT 값이 작을수록 적은 인력·시간으로 같은 양을 수거할 수 있다는 뜻이므로 수거 효율이 높다고 평가된다.

고상폐기물은 고형물의 함량이 15% 이상인 폐기물을 말한다.

일반적으로 고형물 함량 5% 미만은 액상폐기물, 5% 이상 15% 미만은 반고상폐기물로 구분한다.

파동의 파장은 속도를 진동수로 나누어 구하며, 그 값은 0.5m이다.

$\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{50\ \mathrm{m/s}}{100\ \mathrm{Hz}} = 0.5\ \mathrm{m}$

진동레벨 중 가장 널리 쓰이는 수직진동레벨의 단위는 dB(V)이다.

이는 사람이 수직 방향 진동을 느끼는 감각 특성을 보정한 수직진동감각보정회로를 통해 측정한 값을 나타낸다.

음향파워레벨의 정의식을 이용하면 125dB에 해당하는 음향파워는 약 3.2W이다.

$PWL = 10\log\dfrac{W}{W_0}$에서 기준음향파워 $W_0=10^{-12}\ \mathrm{W}$를 대입하면 $W = W_0 \times 10^{PWL/10} = 10^{-12}\times 10^{12.5} = 10^{0.5} \approx 3.2\ \mathrm{W}$가 된다.

서로 다른 두 소음의 합성레벨은 각 음압레벨을 에너지(파워)량으로 환산해 더한 뒤 다시 로그로 변환하는 방식으로 구한다.

즉 70dB과 80dB인 두 소음의 합성레벨은 $L_p = 10\log\left(10^{70/10}+10^{80/10}\right)$ 형태의 식으로 계산하며, 단순히 데시벨 값 자체를 더하거나 평균 내는 방식은 성립하지 않는다.

일반지역의 옥외 소음측정점은 장애물이 없는 지점의 지면(또는 바닥면) 위 1.2~1.5m 높이로 정하는 것이 원칙이며, 0.5m 높이는 이 기준에 맞지 않는다.

손으로 소음계를 잡고 측정할 때 측정자의 몸에서 0.5m 이상 떨어뜨리는 것, 마이크로폰을 주소음원 방향으로 향하게 하는 것, 옥외측정을 원칙으로 하는 것은 모두 올바른 측정조건이다.