11년 3회차

수소·메탄·에탄·부탄 중 단위 부피당(Sm³당) 저위발열량이 가장 큰 것은 부탄이다.

탄화수소는 분자 내 탄소수가 많아질수록 부피당 발열량이 커지는 경향이 있어, 부탄(C4)이 에탄(C2)·메탄(C1)·수소보다 Sm³당 발열량이 크다.

먼지통과율은 출구농도를 입구농도로 나눈 값이므로, 이를 뒤집어 계산하면 입구 가스의 먼지농도는 4.0g/㎥이다.

통과율 0.5%는 소수로 0.005이므로, 입구농도는 출구농도를 통과율로 나누어 $\dfrac{0.02}{0.005} = 4.0$, 즉 4.0g/㎥가 된다.

연료 중 황이 모두 SO2로 전환된다고 할 때, 발생하는 SO2의 부피는 약 210Sm³이다.

황의 양은 $20{,}000\ \mathrm{kg}\times0.015=300\ \mathrm{kg}$이고, 황의 몰수는 $\dfrac{300\ \mathrm{kg}}{32\ \mathrm{kg/kmol}} = 9.375\ \mathrm{kmol}$이다.

S 1kmol이 SO2 1kmol로 전환되므로 표준상태 기체 부피 22.4Sm³/kmol을 곱하면 $9.375 \times 22.4 = 210\ \mathrm{Sm^3}$가 된다.

시험기준에서 감압 또는 진공이라 함은 별도의 규정이 없는 한 15mmHg 이하를 의미한다.

이는 시험조작 중 별도 압력 조건이 명시되지 않았을 때 적용되는 기본 기준값이다.

니트로글리세린처럼 물질 자체에 함유된 산소를 이용해 외부 공기의 산소 공급 없이 연소하는 방식을 자기연소라 한다.

• 분해연소는 고체가 가열분해되며 생긴 가연성 가스가 연소하는 방식이다.
• 증발연소는 고체나 액체가 가열되어 증발한 가스가 연소하는 방식이다.
• 확산연소는 가연성 기체와 공기가 확산·혼합되며 연소하는 방식이다.

질소산화물 발생을 억제하려면 연소온도를 낮추고 산소 농도를 줄이는 등의 방법을 쓰는데, 공급공기량을 과량으로 주입하는 것은 오히려 연소온도와 산소 농도를 높여 NOx 생성을 촉진할 수 있으므로 억제 방법으로 볼 수 없다.

저온도 연소, 저산소 연소, 수증기(또는 물) 분무는 모두 연소실 온도를 낮추거나 국부적인 고온·과잉산소 구간을 줄여 NOx 생성을 억제하는 대표적인 방법이다.

송풍기의 소요동력은 처리가스량과 압력손실, 효율을 이용해 계산하며 그 값은 약 311kW이다.

$P(\mathrm{kW}) = \dfrac{Q \times \Delta P}{102 \times \eta}$에 $Q=55\ \mathrm{m^3/s}$, $\Delta P=444\ \mathrm{mmH_2O}$, $\eta=0.77$을 대입하면 $P = \dfrac{55\times444}{102\times0.77} \approx 311\ \mathrm{kW}$가 된다.

프로필렌 옥사이드, 석면, 벤지딘은 대기환경보전법상 특정대기유해물질로 지정되어 있지만, 이산화황은 일반 대기오염물질(기준성 물질)로 관리될 뿐 특정대기유해물질에는 해당하지 않는다.

런던형 스모그(황산형 스모그)는 습도와 기온이 낮은 겨울철, 특히 이른 아침에 복사역전 상태에서 주로 발생하며, 시정거리가 100m 이하로 떨어질 만큼 짙어지는 것이 특징이다.

따라서 습도와 기온이 높은 여름에 주로 발생한다는 설명은 런던형 스모그의 발생 조건과 맞지 않는다.

단열재·절연재·브레이크 라이닝·방열재 등에 사용되며 다량 흡입 시 피부질환, 호흡기질환, 폐암, 중피종 등을 유발하는 실내공기 오염물질은 석면이다.

석면은 미세한 섬유상 광물로, 흡입된 섬유가 폐 조직에 오랜 기간 축적되면서 만성적인 건강 피해를 일으키는 것으로 알려져 있다.

관성력 집진장치는 충돌 직전의 가스속도가 빠르고, 방향전환 시 곡률반경이 작을수록 미세입자의 관성이 커져 포집이 잘 된다.

따라서 충돌직전 속도는 낮고 출구속도는 빠를수록 미립자 제거가 쉽다는 설명은 관성력 집진의 원리와 반대되는 내용이라 옳지 않다.

기류의 방향전환 횟수가 많을수록 압력손실은 커지지만 집진율이 높아지는 것과, 적당한 크기의 호퍼가 필요하다는 것은 관성력 집진장치의 올바른 특성이다.

g/Sm³ 농도를 표준상태 기준으로 ppm으로 환산하면 약 184.1ppm이 된다.

HCl의 분자량은 36.5이므로, $C(\mathrm{ppm}) = \dfrac{0.3}{36.5}\times22.4\times1000 \approx 184.1\ \mathrm{ppm}$로 계산된다.

염산의 농도는 0.2N이다.

산과 염기가 완전히 중화될 때는 당량수가 같다는 관계(N1V1=N2V2)가 성립한다.

$N_{HCl} \times 50\,\mathrm{mL} = 0.4\,\mathrm{N} \times 25\,\mathrm{mL}$
$N_{HCl} = \dfrac{0.4 \times 25}{50} = 0.2\,\mathrm{N}$

살수여상법에 대한 설명이다.

쇄석 등의 여재 표면에 미생물 막을 형성시키고 그 위로 폐수를 살포하여 여재 표면의 생물막과 폐수가 접촉하며 유기물을 분해하는 생물막법의 대표적 방식이다.

• 활성슬러지법은 폭기조에서 미생물을 부유 상태로 유지하며 처리하는 방식으로 여재를 사용하지 않는다.
• 회전원판법도 생물막법이지만 여재를 채운 탱크가 아니라 회전하는 원판 표면에 미생물막을 형성시키는 방식이다.

연못화(ponding) 현상은 활성슬러지 공법이 아니라 살수여상법에서 나타나는 운영상 문제다.

여재 표면에 생물막이 과도하게 증식하거나 막혀 폐수가 고르게 흐르지 못하고 표면에 고이는 현상으로, 부유성장 방식인 활성슬러지 공법과는 무관하다.

• 거품 발생은 활성슬러지 폭기조에서 사상성 미생물 과다 증식 등으로 흔히 나타나는 문제다.
• Floc 해체 현상은 폭기 강도가 과도하거나 독성물질이 유입될 때 나타난다.
• 슬러지부상 현상은 침전지에서 탈질 작용으로 질소가스가 발생해 슬러지가 떠오르는 현상이다.

변수층은 수온성층 구조에 쓰이는 용어가 아니다.

호소의 수온성층은 수심에 따라 표수층(epilimnion), 수온약층(thermocline), 심수층(hypolimnion)의 세 층으로 구분되며, 이 세 층이 표준적인 성층 구조를 이룬다.

BOD₅ 측정의 표준 배양조건은 20℃에서 5일간 배양하는 것이다.

이는 하천이나 호소의 평균 수온과 유사한 조건에서 호기성 미생물이 유기물을 분해하는 데 걸리는 시간을 반영해 표준화된 실험조건으로, 국내외에서 널리 쓰인다.

경도가 높은 물은 관로에서 석회질 침전으로 인해 통수저항을 증가시키며, 세제 효율 저하·스케일 생성 등으로 공업용수에 부적합하다.

물의 경도는 주로 Ca²⁺, Mg²⁺ 이온에 의해 결정된다.

• 영구경도: 해당 보기는 이미지에서 읽을 수 없으나 일반적으로 Ca²⁺, Mg²⁺가 황산염·염화물 등 음이온과 결합한 경도를 영구경도(비탄산경도)라 하므로 옳다.
• 탄산경도: Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂ 형태로 존재하는 경도로 가열하면 제거되므로 일시경도라 칭하며 옳다.
• 유사경도: Na⁺은 경도를 일으키지 않지만 고농도에서 알칼리도 증가로 유사한 영향을 주므로 유사경도라 하며 옳다.

시안(cyanide)의 주요 피해는 질식·중추신경계 마비 등 급성 독성이며, 골연화증과는 관계가 없다.

골연화증은 카드뮴(Cd) 중독의 대표적 증상(이타이이타이병)으로, 시안과 연결한 것은 잘못된 짝짓기다.

• 페놀은 특유의 냄새와 소독취를 유발하는 오염물질로 옳은 연결이다.
• 인은 하천·호소에 유입되어 부영양화를 일으키는 대표적 원인물질이다.
• 유기물은 분해 과정에서 용존산소를 소모하여 용존산소결핍을 일으킨다.

활성슬러지 미생물의 성장속도는 35℃ 부근까지는 온도가 10℃ 상승할 때마다 약 2배로 증가하는 것이 일반적이다.

이는 온도 상승에 따라 반응속도가 커지는 경험적 관계에 근거하며, 미생물 성장속도뿐 아니라 여러 생화학반응에서 공통적으로 나타나는 경향이다.

생물학적 인·질소 동시제거 공정에서 혐기조는 유기물을 흡수하면서 인을 방출하는 역할을 한다.

혐기 조건에서 인 축적 미생물은 저장하고 있던 폴리인산을 분해해 에너지를 얻고, 그 에너지로 유기물(주로 VFA)을 세포 내에 저장하면서 인을 세포 밖으로 방출한다.

• 인의 과잉 흡수는 후속 호기조에서 일어나는 현상이다.
• 탈질소는 무산소조에서 진행되는 반응이다.
• 질산화는 호기조에서 일어나는 반응이다.

Stokes 법칙에서 침강속도에 가장 큰 영향을 주는 인자는 입자의 직경이다.

Stokes 침강속도식은 $V_g = \dfrac{g(\rho_p - \rho_w) d^2}{18\mu}$로 나타난다. 입자와 물의 밀도는 그 차이가 1제곱으로, 점도는 분모에서 반비례로 작용하는 데 비해 입자의 직경은 제곱($d^2$)으로 작용하므로 같은 비율로 변할 때 침강속도에 미치는 영향이 가장 크다.

이 종말침전지의 체류시간은 4시간이다.

체류시간은 $t = \dfrac{V}{Q}$로 구하며, 유량을 시간 단위로 환산하면 $Q = \dfrac{900\,\mathrm{m^3}}{24\,\mathrm{hr}} = 37.5\,\mathrm{m^3/hr}$이다.

$t = \dfrac{150\,\mathrm{m^3}}{37.5\,\mathrm{m^3/hr}} = 4\,\mathrm{hr}$

지하수는 지표수와 달리 수온 변화가 거의 없이 연중 안정적이므로, 수온 변화가 심하다는 설명은 옳지 않다.

지하수는 토양과 암반을 통과하며 여과·용해 작용을 거치므로 무기물 성분이 많고 지질 특성의 영향을 크게 받으며, 심부에서는 산소 공급이 제한되어 무산소 상태가 되기 쉽다.

Indore 공법은 생물학적 고도처리로 인을 제거하는 공법이 아니라 유기성 폐기물을 퇴비화(composting)하는 방식의 하나다.

A/O 공법과 bardenpho 공법은 혐기·호기 조건을 조합해 인 축적 미생물의 인 방출과 과잉흡수를 이용하는 생물학적 인 제거 공정이고, Phostrip 공법은 반송슬러지 일부를 혐기성 조로 보내 인을 방출시킨 뒤 그 상등액의 인을 화학적으로 침전 제거하는 생물학적·화학적 결합 공정으로 모두 인 제거에 쓰인다.

용존산소 과포화는 해양오염 현상으로 분류되지 않는다.

적조는 부영양화된 해역에서 플랑크톤이 과다 증식하는 현상이고, 부영양화는 질소·인 등 영양염류의 과다 유입으로 나타나며, 온열배수유입은 온배수로 해수 수온이 상승하는 열오염 현상으로 모두 대표적인 해양오염 현상에 해당한다.

반면 용존산소 과포화는 오염물질 유입의 결과라기보다 광합성 등 자연적 요인으로도 나타날 수 있어 해양오염 현상으로 보기 어렵다.

물은 분자량이 비슷한 다른 화합물에 비해 오히려 비열이 크고 압축성은 작다는 특징을 가지므로, 비열이 작고 압축성이 크다는 설명은 옳지 않다.

이는 물 분자 사이의 수소결합이 강하게 형성되어 있어 온도를 높이는 데 많은 열량이 필요하고, 분자 구조가 쉽게 압축되지 않기 때문이다.

• 물 분자에서 수소가 부분적 양전하(δ+), 산소가 부분적 음전하(δ-)를 띠는 것은 물의 극성을 설명하는 옳은 내용이다.
• 물이 4℃ 부근에서 최대 밀도를 갖는 것과 온도가 높아질수록 점도가 작아지는 것도 물의 일반적 성질로 옳다.

이 폐수의 COD는 10.0mg/L이다.

과망간산칼륨법의 COD는 $COD = (a-b) \times f \times \dfrac{1000}{V} \times 0.2$로 구하며, a는 시료 적정량, b는 바탕시험 적정량, f는 역가, V는 시료량(mL), 0.2는 0.025N 과망간산칼륨 1mL에 해당하는 산소량(mg)이다.

$COD = (5.1-0.1) \times 1.000 \times \dfrac{1000}{100} \times 0.2 = 5.0 \times 10 \times 0.2 = 10.0\,\mathrm{mg/L}$

액체의 비표면적은 레이놀즈수를 구성하는 인자가 아니다.

레이놀즈수는 $Re = \dfrac{d \cdot v \cdot \rho}{\mu}$로 정의되며, 입자의 지름, 입자의 속도, 유체의 밀도, 액체의 점도가 관계 인자다. 비표면적은 이 식에 포함되지 않는다.

완전혼합된 후 BOD 농도는 38.6ppm이다.

혼합 후 농도는 물질수지에 따라 $C_{mix} = \dfrac{Q_1 C_1 + Q_2 C_2}{Q_1+Q_2}$로 구한다.

$C_{mix} = \dfrac{1000 \times 26 + 100 \times 165}{1000+100} = \dfrac{42500}{1100} \approx 38.6\,\mathrm{ppm}$

오염원별 하·폐수 발생량 중 생활하수의 발생량이 가장 많다.

인구 전체가 일상적으로 배출하는 하수이므로 공장폐수, 축산폐수, 매립지 침출수에 비해 발생 총량이 가장 크다.

jar-테스터는 수분 및 고형물 함량 측정과는 관계가 없는 실험기구다.

jar-테스터는 응집제 투입량과 교반 조건에 따른 응집침전 효과를 실험하는 데 쓰이는 기구다.

반면 증발접시, 전자저울, 데시케이터는 시료를 담아 건조·칭량·냉각·항량 확인을 거치는 수분·고형물 함량 측정의 표준 실험기구다.

탄소 6kg이 완전연소하면 이산화탄소 22kg이 발생한다.

연소반응식은 $C + O_2 \rightarrow CO_2$이며, 탄소(원자량 12)와 이산화탄소(분자량 44)의 질량비로 계산한다.

$6\,\mathrm{kg} \times \dfrac{44}{12} = 22\,\mathrm{kg}$

필요한 최소 트럭 대수는 23대이다.

1일 총 쓰레기 발생량은 인구 100,000명에 1인 1일 발생량 1kg을 곱한 $100{,}000\,\mathrm{kg} = 100\,\mathrm{ton}$이다.

4.5톤 트럭으로 나누면 $\dfrac{100}{4.5} \approx 22.2$대이며, 하루에 모두 수거하려면 소수점을 올림해 23대가 필요하다.

폐기물로부터 회수에너지 이용은 이미 발생한 폐기물을 자원화하는 대책으로, 발생 자체를 억제하는 발생원 대책에 해당하지 않는다.

적정 저장량 관리, 과대포장 자제, 철저한 분리수거는 모두 폐기물이 애초에 많이 발생하거나 혼합되지 않도록 발생 단계에서 취하는 조치들이다.

RDF는 미생물 분해가 어렵고 회분(재)의 함량이 낮아야 하므로, 미생물 분해가 가능하며 재의 함량이 높아야 한다는 설명은 RDF의 구비조건과 반대된다.

RDF는 고형연료로 안정적으로 저장·연소되어야 하므로 생물학적으로 쉽게 분해되지 않아야 하고, 연소 후 남는 재의 비율이 낮아야 발열량 손실이 적다.

• 열함량이 높고 수분함량이 낮아야 연료로서 발열 효율이 높다.
• 염소 함량이 낮아야 연소 시 부식성 가스나 다이옥신류 생성을 줄일 수 있다.
• 성분과 크기가 균질해야 연소 제어가 안정적으로 이루어진다.

무연분은 폐기물의 3성분에 해당하지 않는 용어다.

폐기물의 3성분은 수분, 가연분, 회분으로 구성되며, 이 세 성분의 비율로 폐기물의 발열량과 처리 특성을 파악한다.

저위발열량을 구하는 식은 $LHV = HHV - 600(9H+W)$이다.

수소 1kg이 연소하면 물 9kg이 생성되므로 수소에서 비롯된 수분량은 $9H$로 나타내고, 여기에 폐기물이 원래 가진 수분 $W$를 더한 뒤 수증기의 응축열($600\,\mathrm{kcal/kg}$)을 곱해 고위발열량에서 빼면 저위발열량이 된다.

압축비는 2.1이다.

압축비는 압축 전 부피를 압축 후 부피로 나눈 값이며, 압축 전후 질량이 변하지 않으므로 압축 후 밀도를 압축 전 밀도로 나눈 값과 같다.

$CR = \dfrac{V_1}{V_2} = \dfrac{\rho_2}{\rho_1} = \dfrac{0.85}{0.4} \approx 2.1$

여기서 아래첨자 1은 압축 전, 2는 압축 후를 뜻한다.

일반적인 슬러지 처리 계통은 농축 → 안정화 → 개량 → 탈수 → 소각 → 최종처분 순으로 진행된다.

농축으로 슬러지의 함수율을 1차로 낮춘 뒤, 소화 등으로 안정화하여 유기물을 분해·감량하고, 탈수 효율을 높이기 위해 약품 등으로 개량한 다음 기계적으로 탈수하며, 필요 시 소각을 거쳐 최종처분한다.

쓰레기가 적게 발생하는 지점을 하루 중 가장 먼저 수거한다는 설명은 수거 계획의 일반 원칙과 어긋난다.

수거 노선은 효율을 높이는 방향으로 짜야 하므로 발생량이 많은 지점을 하루 중 이른 시간에 먼저 수거하는 것이 원칙이다.

이 밖에 처음 수거지역은 차고지에서 가깝게 설정하고, U자형 회전을 피하며, 교통이 혼잡한 지역은 출·퇴근 시간을 피해 수거하는 것이 표준적인 고려사항이다.

연소가스의 잉여열로 보일러 급수를 예열해 열응력을 줄이고 효율을 높이는 장치는 절탄기(economizer)이다.

절탄기는 배기가스가 굴뚝으로 빠져나가기 전 남은 열을 회수해 보일러에 공급되는 물을 미리 데움으로써 연료 사용량을 줄이고 보일러드럼의 급격한 온도차로 인한 열응력을 완화한다.

• 과열기는 포화증기를 추가로 가열해 과열증기로 만드는 장치다.
• 재열기는 터빈을 거친 증기를 다시 가열하는 장치다.
• 공기예열기는 연소용 공기를 예열하는 장치로 급수 예열과는 대상이 다르다.

폐기물 수거 효율과 수거작업간 노동력을 비교하는 단위는 $\mathrm{man \cdot hour/ton}$이다.

이는 폐기물 1톤을 수거하는 데 투입된 인력과 시간을 나타내는 지표로, 값이 작을수록 수거 효율이 높다는 것을 의미한다.

안정화된 매립지에서 가장 많이 발생하는 가스는 CH₄(메탄)이다.

매립 초기에는 호기성 분해로 CO2가 우세하지만, 매립층이 혐기성 상태로 안정화되면 메탄생성균에 의한 혐기성 분해가 진행되어 메탄이 주된 매립가스 성분이 된다.

소각로의 완전연소를 위한 3T는 시간(Time)-온도(Temperature)-혼합(Turbulence)이다.

충분한 체류시간과 높은 연소온도, 그리고 연소용 공기와 가연물이 고르게 섞이는 혼합이 함께 갖추어져야 미연소분 없이 완전연소가 이루어진다.

증발하는 수분의 양은 800kg이다.

건조 과정에서 고형분(건조물) 질량은 변하지 않는다는 원리를 이용한다. 초기 고형분은 $1000\,\mathrm{kg} \times (1-0.85) = 150\,\mathrm{kg}$이다.

건조 후 함수율이 25%이므로 $W_2 = \dfrac{150}{1-0.25} = 200\,\mathrm{kg}$이고, 증발한 수분량은 $1000 - 200 = 800\,\mathrm{kg}$이다.

유해 폐기물의 국가간 불법 교역을 통제하기 위한 국제협약은 바젤협약(Basel Convention)이다.

바젤협약은 유해폐기물의 국가간 이동 시 사전통보·동의 절차를 의무화하여 개발도상국으로의 부적절한 유해폐기물 반입을 막기 위해 채택된 협약이다.

폐기물 안정화는 오염물질의 용해성과 이동성을 감소시키는 처리이므로, 용존성 및 용해성을 증가시킨다는 설명은 옳지 않다.

안정화는 폐기물의 물리적 성질을 변화시켜 취급하기 쉬운 형태로 만들고, 오염물질이 노출되는 표면적을 줄이며, 독성을 낮추는 것을 목적으로 한다.

상업지역에서 대형 용기를 주로 사용하는 경우는 적환장이 필요한 조건과 거리가 멀다.

대형 용기(컨테이너)로 폐기물을 수거하면 수거 차량이 별도의 옮겨싣기 과정 없이 처분장까지 직접 운반할 수 있어 적환장의 필요성이 낮아진다.

• 수집 장소와 처분 장소가 먼 경우는 운반 효율을 높이기 위해 적환장이 필요하다.
• 소형 수집 차량을 쓰는 경우는 대형 차량으로 옮겨 실어야 하므로 적환장이 필요하다.
• 소규모 주택이 밀집한 지역은 수거 동선이 길고 비효율적이어서 적환장이 필요하다.

방음벽 설치는 음원대책이 아니라 전파경로대책에 해당한다.

소음기 설치, 공명 방지, 방진 및 방사율 저감은 모두 소음이 발생하는 음원 자체를 개선하는 음원대책이다.

반면 방음벽은 음원과 수음점 사이의 전파 경로에 차폐물을 두어 소음을 줄이는 방식이므로 전파경로대책으로 분류된다.

L90이 L10보다 큰 값이라는 설명이 옳지 않다.

소음통계레벨 LN은 총 측정시간 중 N(%)를 초과하는 소음레벨을 의미하므로, N이 작을수록(적게 초과할수록) 더 높은 레벨을 나타낸다.

따라서 L10이 L90보다 큰 값을 가지며, L50은 중앙치, L10은 80%레인지의 상단치라는 나머지 설명은 옳다.

투과손실은 30dB이다.

투과손실 TL은 음향투과율 τ의 역수에 상용로그를 취해 구한다.

$TL = 10\log\dfrac{1}{\tau}$

투과율 τ=0.1%=0.001을 대입하면 $TL = 10\log(1000) = 10 \times 3 = 30\,\mathrm{dB}$이 된다.

혈중 아드레날린 및 백혈구 수가 감소한다는 설명이 옳지 않다.

소음에 노출되면 신체는 스트레스 반응을 일으켜 오히려 아드레날린 분비와 백혈구 수가 증가하는 경향을 보인다.

소음성난청이 4000Hz대에서 시작되는 점, 복잡한 사고·기억 작업이 더 크게 방해받는 점, 말초혈관 수축과 맥박 증가가 나타나는 점은 모두 옳은 설명이다.

석고보드는 밀폐된 구조로 내부에 고립된 기공만 존재하여 음파가 공극 내부로 침투할 수 없으므로 다공질 흡음재료가 아니라 판상 흡음재료(질량 흡수) 범주에 속한다.

다공질 흡음재료는 열린 구조의 독립된 공기 공극을 가져 음파가 공극 내에서 마찰·반사되며 음에너지를 흡수하는 재료다.

• 암면·유리섬유: 섬유질 구조로 무수한 미세 공극을 갖는 전형적인 다공질 흡음재료이다.
• 발포수지재료 중 연속기공(열린 구멍 구조): 공극을 통한 음파 침투·흡수가 가능해 다공질 흡음재료에 속한다.