11년 2회차

먼지와 가스의 비중차에 비례하는 것이 옳으며, 반비례한다는 설명은 틀렸다.

스토크스 법칙에 따른 종말 침강속도는 다음과 같다.

$V_g = \dfrac{(\rho_p-\rho_a) g d_p^2}{18\mu}$

이 식에서 침강속도는 중력가속도와 입경의 제곱에 비례하고 가스 점도에는 반비례하지만, 먼지와 가스의 비중차에는 비례하므로 반비례한다는 설명이 오답이다.

CO(일산화탄소)는 산화제로 적합하지 않다.

CO는 그 자체로 산화력이 없는 환원성 가스이며, 오히려 산화되는 물질에 가깝다.

O3, KMnO4, NaClO2는 모두 강한 산화력을 가져 NO를 NO2 등으로 산화시켜 흡수 제거하는 산화흡수법의 산화제로 사용된다.

2차 집진장치 출구 먼지농도는 11.8mg/m³이다.

1차 집진장치(효율 90%)를 통과하면 입구농도 5.9g/m³의 10%가 남아 $5.9 \times (1-0.90) = 0.59\,\mathrm{g/m^3}$이 된다.

이어서 2차 집진장치(효율 98%)를 통과하면 $0.59 \times (1-0.98) = 0.0118\,\mathrm{g/m^3} = 11.8\,\mathrm{mg/m^3}$로 낮아진다.

상당직경은 37.5㎝이다.

직사각형 덕트의 상당직경은 단면의 가로·세로 길이를 이용해 다음과 같이 구한다.

$D_e = \dfrac{2ab}{a+b}$

가로 30㎝, 세로 50㎝를 대입하면 $D_e = \dfrac{2 \times 30 \times 50}{30+50} = \dfrac{3000}{80} = 37.5\,\mathrm{cm}$이 된다.

온실가스는 '적외선' 복사열을 흡수하여 온실효과를 유발하는 물질이며, 자외선 복사열을 흡수한다는 설명은 옳지 않다.

대기환경보전법상 온실가스는 지표에서 방출되는 적외선(장파 복사)을 흡수·재방출해 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소, 메탄 등의 가스상물질을 말한다.

기후·생태계 변화유발물질, 매연, 먼지에 대한 나머지 정의는 법령상 표현과 일치한다.

이론 공기량은 약 106.7Sm³이다.

탄소의 완전연소 반응은 $C + O_2 \rightarrow CO_2$이므로 탄소 12kg(=1kmol)을 연소시키는 데 필요한 이론산소량은 1kmol, 즉 22.4Sm³이다.

공기 중 산소 비율이 21%이므로 이론공기량은 $A_0 = \dfrac{22.4}{0.21} = 106.7\,\mathrm{Sm^3}$로 계산된다.

용액전도율법은 질소산화물의 연속자동 측정방법이 아니다.

대기오염공정시험기준상 굴뚝 배출가스 중 질소산화물의 연속자동측정법으로는 화학발광법·적외선흡수법·자외선흡수법·정전위전해법이 규정되어 있다.

용액전도율법은 배출가스 중 이산화황(SO2)의 연속자동측정방법으로 쓰이는 방식이므로, 질소산화물 측정방법에는 해당하지 않는다.

산소(O2)는 헨리법칙이 가장 잘 적용되는 기체이다.

헨리법칙은 물에 대한 용해도가 낮고 반응성이 적은 난용성 기체일수록 잘 적용된다.

HCl, SO2, HF는 모두 물에 대한 용해도가 크고 반응성이 높아 헨리법칙에서 크게 벗어나는 반면, O2는 용해도가 낮아 헨리법칙을 잘 따른다.

건조연소가스 중 CO2 농도는 약 11.73%이다.

메탄의 완전연소 반응은 $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$이며, 필요 산소량 2mol에 대한 이론공기량은 $\dfrac{2}{0.21} = 9.52\,\mathrm{mol}$이다.

건조가스는 수증기를 제외한 CO2와 질소(공기의 79%)로 구성되므로 질소량은 $9.52 \times 0.79 = 7.52\,\mathrm{mol}$이고, CO2 농도는 $\dfrac{1}{1+7.52} \times 100 = 11.73\,\%$가 된다.

습도가 높고 기온이 낮은 아침은 광화학 스모그 발생 조건과 거리가 멀다.

광화학 스모그는 강한 일사량과 높은 기온, 낮은 습도 조건에서 자외선에 의한 광화학 반응이 활발해져 잘 발생한다.

역전층이 형성되어 대기가 정체되고, 반응성 탄화수소·NOx·O3 등의 농도가 높을 때도 스모그 발생에 유리한 조건이 된다.

인산비료 제조와 알루미늄 제련 공정이 불화수소의 주된 배출원이다.

인산비료는 원료인 인광석에 포함된 불소 성분이 제조 과정에서 불화수소로 방출되며, 알루미늄 전해 제련에서는 전해질에서 불화수소가 발생한다.

고무·인쇄, 내연기관·폭약제조, 코크스로·제철 공정은 주로 다른 오염물질의 배출원으로 분류된다.

집진장치 출구농도는 135mg/Sm³이다.

집진효율 99%인 장치를 통과하면 유입 먼지농도의 1%만 남으므로 $13.5\,\mathrm{g/Sm^3} \times (1-0.99) = 0.135\,\mathrm{g/Sm^3}$가 되고, 이를 환산하면 135mg/Sm³이다.

벤츄리스크러버는 다른 흡수장치보다 훨씬 높은 가스속도로 운전해야 한다.

벤츄리스크러버는 목부(throat)에서 가스를 고속으로 가속시켜 액적을 미세하게 만들고 관성충돌 효율을 높이는 방식이라 가스속도가 매우 크다.

분무탑, 충진탑, 기포탑은 이보다 훨씬 낮은 가스속도로 운전되는 흡수장치이다.

확산 연소법에 대한 설명이다.

확산연소법은 연료와 공기를 각각 따로 공급해 버너노즐에서 분출시킨 뒤, 노즐 외부에서 연료와 공기가 확산·혼합되면서 연소가 진행되는 방식이다.

사전혼합연소법은 연소 전에 미리 연료와 공기를 혼합해 공급한다는 점에서 이와 구분된다.

침사지의 유효길이는 14.4m이다.

체류시간은 유효수심을 수면적부하로 나누어 구하며, $t = \dfrac{1.0\,\mathrm{m}}{1800\,\mathrm{m^3/(m^2 \cdot day)}} = \dfrac{1}{1800}\,\mathrm{day} = 48\,\mathrm{sec}$가 된다.

유효길이는 유속과 체류시간의 곱이므로 $L = 0.3\,\mathrm{m/s} \times 48\,\mathrm{s} = 14.4\,\mathrm{m}$로 계산된다.

필요한 활성탄의 양은 4.0mg/L이다.

프로인드리히식 $\dfrac{X}{M} = K C_e^{1/n}$에 평형농도 Ce=10mg/L과 K=0.5, n=1을 대입하면 $\dfrac{X}{M} = 0.5 \times 10 = 5$를 얻는다.

제거된 오염물질량은 $X = 30-10 = 20\,\mathrm{mg/L}$이므로, 필요한 활성탄량은 $M = \dfrac{X}{X/M} = \dfrac{20}{5} = 4.0\,\mathrm{mg/L}$이다.

염소요구량에 대한 설명이다.

염소요구량은 물속의 환원성 물질과 반응해 소모되는 염소의 양으로, 주입 염소량에서 잔류 염소량을 뺀 값으로 정의된다.

유리염소·잔류염소는 반응 후 물속에 남아있는 염소를 가리키는 용어이고, 클로라민은 암모니아성 질소와 결합해 생성되는 결합잔류염소의 한 형태이다.

황산 1mL와 물 2mL를 혼합한 용액이 황산(1+2)이다.

수질 분석에서 시약 배합비를 (a+b)로 표기할 때는 시약 a부피에 물 b부피를 더해 혼합한다는 의미이다.

따라서 황산(1+2)은 황산 1부피에 물 2부피를 섞은 용액을 뜻하며, 전체 부피를 특정 값으로 맞추는 희석 표기와는 다르다.

위어(weir)에 대한 설명이다.

위어는 개방유로에 설치하는 둑 형태의 유량측정 장치로, 절단면의 형상에 따라 삼각위어·사각위어 등으로 구분되며 월류수심으로 유량을 산정한다.

확산기와 산기기는 폭기·혼합에 쓰이는 설비이고, 피토전극기 역시 개방유로의 유량측정 장치로 사용되지 않는다.

이 침전지의 SS제거율은 50%이다.

제거율은 유입농도와 유출농도의 차이를 유입농도로 나누어 구하며, 처리유량은 제거율 계산에 영향을 주지 않는다.

$\eta = \dfrac{400-200}{400} \times 100 = 50\,\%$

황산알루미늄이 응집침전 폐수처리에서 가장 널리 사용되는 응집제이다.

황산알루미늄(황산반토)은 가격이 저렴하고 다양한 pH 범위에서 안정적인 플록을 형성해 정수·폐수처리 응집제로 널리 쓰인다.

염화칼슘, 석회, 수산화나트륨은 주로 pH 조정이나 경도 처리 등 다른 목적으로 사용되는 약품이다.

탄산칼슘(CaCO3)으로 환산한다.

수질 지표 중 산도와 경도는 서로 다른 화학종으로 존재하지만, 비교와 표시를 쉽게 하기 위해 관용적으로 탄산칼슘 상당량(mg/L as CaCO3)으로 환산해 나타낸다.

활성슬러지법에 대한 설명이다.

활성슬러지법은 BOD·SS 제거율이 높고 악취나 파리 발생이 거의 없으며 부지 소요면적이 작다는 장점이 있다.

반면 운전 조건에 따라 슬러지 팽화(bulking)가 발생하기 쉽고, 살수여상법 등에 비해 잉여슬러지 생성량이 많다는 단점을 가진다.

유도기 → 대수성장기 → 정지기 → 사멸기 순서가 옳다.

회분식 배양에서 미생물은 적응 단계인 유도기를 거쳐, 왕성하게 증식하는 대수성장기에 이르고, 영양분 고갈과 대사산물 축적으로 증식과 사멸이 균형을 이루는 정지기를 지나, 최종적으로 사멸기에 접어든다.

응집제 주입 → 급속 교반 → 완속 교반 → 정치 침전 → 상징수 분석 순서가 옳다.

먼저 응집제를 주입한 뒤 급속 교반으로 응집제를 빠르게 확산시켜 미세 플록을 형성하고, 이어 완속 교반으로 플록을 서로 부딪혀 성장시킨다.

그 다음 교반을 멈추고 정치 침전시킨 후, 상징수를 채취해 탁도 등을 분석하는 순서로 진행한다.

활성슬러지법이 가장 적합하다.

BOD 600ppm 수준의 고농도 유기성 폐수는 미생물을 이용해 유기물을 분해하는 생물학적 처리가 효과적이며, 활성슬러지법은 이러한 고농도 BOD·SS 폐수 처리에 널리 적용된다.

역삼투법과 이온교환법은 주로 염류·이온성 물질 제거에, 오존소화법은 저농도 난분해성 물질의 산화 처리에 적합해 이 폐수의 처리 목적과는 거리가 있다.

이 염산 용액의 pH는 3이다.

염산은 100% 해리하는 강산이므로 수소이온농도는 염산의 몰농도와 같다.

$[H^+] = 0.001\,\mathrm{mol/L} = 10^{-3}\,\mathrm{mol/L}$이므로 $pH = -\log(10^{-3}) = 3$이 된다.

급속여과는 여과 전 응집제 등 약품 처리 과정이 필요하므로, 약품 사용이 필요치 않다는 설명이 옳지 않다.

급속여과는 원수에 응집제를 넣어 플록을 형성시키고 침전시킨 뒤 여과하는 방식으로, 완속여과와 달리 약품 처리가 전제되는 공정이다. 또한 급속여과의 여과속도는 120~150m/d를 표준으로 하므로, 70~90m/d라는 수치도 맞지 않는다.

완속여과가 생물막의 작용으로 색도·철·망간과 세균·탁질까지 폭넓게 제거하는 반면, 급속여과는 탁도 제거에는 효과적이지만 세균 제거는 상대적으로 불충분하다는 나머지 설명은 옳다.

산소와 수소의 전기음성도 차이 때문에 물 분자가 극성을 가진다.

산소는 수소보다 전기음성도가 커서 공유결합의 전자를 강하게 끌어당기며, 물 분자는 굽은형(bent) 구조를 가지므로 결합의 쌍극자가 상쇄되지 않고 분자 전체가 극성을 띠게 된다.

월류부하(weir loading rate)는 유입유량을 위어의 유효길이로 나눈 값이다.

$\dfrac{200\ \mathrm{m^3/h}}{50\ \mathrm{m}} = 4\ \mathrm{m^3/m\cdot h}$

따라서 이 침전조의 월류부하는 4m³/m·h이다.

아질산이온을 질산이온으로 산화시키는 질산화 2단계 반응에는 니트로박터(Nitrobacter)가 주로 관여한다.

암모니아성 질소를 아질산성 질소로 산화시키는 1단계는 니트로조모나스(Nitrosomonas)가 담당하며, 이어지는 2단계에서 니트로박터가 아질산을 질산으로 산화시킨다.

특성입경(characteristic size)은 무게기준으로 63.2%가 통과하는 체 눈의 크기로 정의된다.

Rosin-Rammler 분포식 $y = 1 - e^{-(x/x_0)^n}$에서 $x=x_0$일 때 통과율이 $1-e^{-1}\approx 0.632$가 되므로, 이 $x_0$가 특성입경으로 정의된다.

내륙매립공법은 도랑형공법과 지역식(압축매립·샌드위치공법 등)으로 구분되며, 얇게 펴서 뿌리는 방식은 여기에 속하지 않는다.

• 도랑을 파서 매립하는 방식은 내륙매립의 기본 형태이다.
• 부피를 압축해 매립하는 방식도 내륙매립에 해당한다.
• 복토와 폐기물층을 교대로 쌓는 방식도 내륙매립의 한 형태이다.

반면 얇게 펴서 뿌리는 방식은 해안매립공법의 한 종류로, 내륙매립공법에 속하지 않는다.

매립지에서 침출수의 외부 유출과 지하수의 내부 유입을 동시에 막기 위해 설치하는 시설은 차수시설이다.

차수시설은 점토나 합성라이너 등으로 매립지 바닥·측면을 밀폐해 침출수와 지하수의 상호 이동을 차단하는 역할을 한다.

혐기성 여상에서 발생하는 메탄가스량은 405m³/day이다.

제거된 BOD량: $1000\ \mathrm{m^3/day} \times 0.5\ \mathrm{kg/m^3} \times 0.9 = 450\ \mathrm{kg/day}$

총 가스발생량: $450 \times 1.5 = 675\ \mathrm{m^3/day}$, 메탄가스량: $675 \times 0.6 = 405\ \mathrm{m^3/day}$

모래를 열풍으로 부상시킨 유동층 위에 폐기물을 투입해 소각하는 방식은 유동상 소각로이다.

유동매체인 모래의 활발한 교반으로 열전달이 균일하고 반응속도가 빨라 다양한 성상의 폐기물 소각에 적용된다.

건조된 슬러지의 부피는 90m³이다.

주입 슬러지의 최초 부피: $40\ \mathrm{m}\times 25\ \mathrm{m}\times 0.3\ \mathrm{m}=300\ \mathrm{m^3}$

부피가 70% 감소하므로 $300\times(1-0.7)=90\ \mathrm{m^3}$이다.

산화지법은 연못에서 미생물의 작용으로 유기물을 분해·안정화시키는 생물학적 처리법으로, 슬러지 내 수분을 제거하는 탈수·건조방법에는 해당하지 않는다.

• 슬러지 건조상법은 자연 증발·여과로 수분을 제거하는 건조법이다.
• 원심분리법은 원심력을 이용한 기계식 탈수법이다.
• 벨트프레스법은 가압·여과를 이용한 기계식 탈수법이다.

이 수거인부의 MHT는 약 3.77이다.

연간 총 투입 인시: $2725\text{명} \times 8\ \mathrm{hr} \times 310\ \mathrm{day} = 6{,}758{,}000\ \mathrm{man\cdot hr}$

$\mathrm{MHT}=\dfrac{6{,}758{,}000}{1{,}792{,}500}\approx 3.77$

수거차량의 대수를 조사한 뒤 밀도를 곱해 중량으로 환산하는 방법은 적재차량계수분석법이다.

이 방법은 계근 없이 차량 대수와 적재밀도만으로 폐기물 발생량을 간편하게 추정할 수 있는 조사법이다.

폐기물 고체연료(RDF)는 함수율이 낮아야 발열량이 높고 안정적으로 연소된다.

• 열량이 높은 것은 RDF의 바람직한 구비조건이다.
• 대기오염물질 발생이 적은 것도 RDF의 구비조건이다.
• 성분 배합률이 균일한 것도 안정적 연소를 위한 구비조건이다.

따라서 함수율이 높아야 한다는 것은 RDF의 구비조건으로 옳지 않다.

수소함량을 무시할 때, 수분 증발에 소비되는 잠열만큼 고위발열량에서 차감하여 저위발열량을 구한다.

$\mathrm{LHV} = \mathrm{HHV} - 6W$

여기서 $W$는 수분함량(%)이며, 수분 1%당 약 6kcal/kg의 잠열이 소비되는 것으로 계산한다.

폐기물 파쇄에 작용하는 대표적인 힘은 압축력, 전단력, 충격력 세 가지이다.

원심력은 일부 회전형 파쇄기에서 부수적으로 작용할 수는 있으나, 파쇄작용의 기본이 되는 3종류의 힘에는 포함되지 않는다.

폐기물 파쇄의 목적은 매립 시 부등침하를 방지하고 매립지를 안정화하는 데 있으며, 빠른 지반침하를 유도하기 위한 것이 아니다.

• 분리·선별을 용이하게 하는 것은 파쇄의 목적에 해당한다.
• 부피를 줄여 수송효율을 높이는 것도 파쇄의 목적이다.
• 비표면적을 넓혀 소각을 용이하게 하는 것도 파쇄의 목적이다.

일반적인 슬러지 처리 계통은 농축 → 개량 → 탈수 → 소각 → 매립의 순서로 진행된다.

농축으로 함수율을 1차로 낮춘 뒤 약품 등으로 개량하여 탈수성을 높이고, 탈수를 거쳐 부피를 줄인 다음 소각·매립으로 최종 처분한다.

우리나라 성인 1인당 1일 분뇨배출량의 평균범위는 0.9~1.1L 수준으로 계획한다.

이 원단위는 분뇨수거 및 처분계획을 수립할 때 처리시설 규모를 산정하는 기초자료로 활용된다.

파쇄 여부와 관계없이 폐기물 중의 철분을 회수하는 데 가장 널리 쓰이는 선별방법은 자석선별이다.

자성을 이용해 자성체(철분)만을 선택적으로 끌어당겨 비자성 폐기물과 분리하므로 효율이 높고 적용이 간편하다.

관거를 이용한 수거방식은 대체로 단거리 수송에 적합하며, 25km 이상의 장거리 수송에는 현실성이 낮다.

• 폐기물 발생빈도가 높은 지역일수록 경제성이 높다는 설명은 옳다.
• 한번 매설하면 경로 변경이 곤란하다는 설명도 옳다.
• 부피가 큰 폐기물은 파쇄·압축 등 전처리가 필요하다는 설명도 옳다.

따라서 장거리 수송에 현실성이 있다는 설명이 관거 수거방식에 대한 설명으로 옳지 않다.

에탄(C₂H₆) 1Sm³ 완전연소에 필요한 이론공기량은 16.67Sm³이다.

연소반응식 $\mathrm{C_2H_6} + 3.5\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CO_2} + 3\mathrm{H_2O}$에서 이론산소량은 $3.5\ \mathrm{Sm^3}$이다.

이론공기량: $A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{3.5}{0.21} \approx 16.67\ \mathrm{Sm^3}$

이 벽체의 투과율은 6.3×10⁻⁴이다.

투과손실 $TL = 10\log\dfrac{1}{\tau}$이므로 $32 = 10\log\dfrac{1}{\tau}$에서 $\dfrac{1}{\tau}=10^{3.2}$이다.

$\tau = 10^{-3.2} \approx 6.3\times10^{-4}$

금속스프링은 감쇠가 작아 공진 시 전달율이 매우 크다는 특성을 가지는데, 이는 금속스프링의 장점이 아니라 단점에 해당한다.

• 온도·부식·용해 등 환경요소에 대한 저항성이 큰 것은 금속스프링의 장점이다.
• 허용 최대변위가 큰 것도 금속스프링의 장점이다.
• 저주파 차진 성능이 우수한 것도 금속스프링의 장점이다.

고막의 진동이 원활하도록 외이와 중이 사이의 기압을 조정하는 기관은 유스타키오관(이관)이다.

유스타키오관은 중이와 비인두를 연결해 중이 내부의 압력을 외이(대기압)와 같게 맞춰줌으로써 고막이 정상적으로 진동할 수 있게 한다.

이 지점의 음의 세기는 약 0.16W/m²이다.

반자유공간(반구면)에서 음의 세기는 $I = \dfrac{W}{2\pi r^2}$로 구한다.

$I = \dfrac{100}{2\pi \times 10^2} = \dfrac{100}{628.3} \approx 0.16\ \mathrm{W/m^2}$