11년 1회차

충진탑의 충진물은 단위용적당 표면적이 커야 가스와의 접촉효율이 높아지므로, 표면적이 작아야 한다는 설명은 옳지 않다.

• 공극률이 커야 한다는 것은 충진물의 옳은 구비조건이다.
• 마찰저항이 작아야 한다는 것도 옳은 구비조건이다.
• 충진밀도가 커야 한다는 것도 옳은 구비조건이다.

연소조절에 의한 NOx 억제에서는 국부적인 고온영역 형성을 피하는 것이 핵심이며, 고온영역을 만들어 연소효율을 높인다는 설명은 옳지 않다.

• 2단 연소로 화염온도를 낮추는 것은 옳은 NOx 억제방법이다.
• 과잉공기량을 줄여 운전하는 것도 옳은 억제방법이다.
• 배기가스를 재순환시켜 연소온도를 낮추는 것도 옳은 억제방법이다.

냉매·분사제 등으로 쓰이는 CFC(염화불화탄소)가 대기 중에서 일으키는 가장 주된 오염현상은 오존층 파괴이다.

CFC는 성층권에서 자외선에 의해 분해되며 방출된 염소 원자가 연쇄적으로 오존을 분해해 오존층을 파괴한다.

제시된 기체 중 물에 대한 용해도가 가장 큰 것은 HCl(염화수소)이다.

HCl은 물에 매우 잘 녹아 염산을 형성하는 반면, SO₂는 이보다 용해도가 낮고 CO₂와 H₂는 상대적으로 용해도가 훨씬 작다.

이 기체연료 연소 시 공기비는 약 1.19이다.

CH₄ 연소에 필요한 이론산소량은 $0.9\times 2=1.8\ \mathrm{Sm^3}$이며, 연료에 이미 포함된 산소 $0.04\ \mathrm{Sm^3}$를 차감하면 $O_o=1.76\ \mathrm{Sm^3}$이다.

이론공기량 $A_o=\dfrac{1.76}{0.21}\approx 8.38\ \mathrm{Sm^3}$이므로, 공기비 $m=\dfrac{10}{8.38}\approx 1.19$이다.

대기 중으로 직접 배출되기도 하고 광화학반응으로 2차 생성되기도 하는 물질은 알데하이드이다.

알데하이드는 연소 과정에서 1차 오염물질로 직접 배출될 뿐 아니라, 탄화수소가 대기 중에서 광화학 산화되어 2차적으로도 생성된다.

이 집진장치의 집진율은 약 96.4%이다.

$\eta = \dfrac{2.8-0.1}{2.8}\times 100 \approx 96.4\%$

싸이클론의 집진효율을 높이려면 배기관(내관)의 지름을 작게 해야 하므로, 지름을 크게 한다는 설명은 옳지 않다.

• 입구 가스속도를 일정 한계까지 빠르게 하는 것은 효율 향상에 도움이 되는 옳은 조건이다.
• 고농도일 때 병렬연결을 하는 것도 옳은 향상조건이다.
• 블로우 다운 효과를 이용하는 것도 옳은 향상조건이다.

유해가스 측정을 위한 시료채취장치는 굴뚝 → 시료채취관 → 여과재 → 흡수병 → 건조제 → 흡인펌프 → 가스미터의 순서로 구성한다.

이물질을 먼저 여과재로 거르고 가스 성분은 흡수병에 흡수시킨 뒤, 건조제로 수분을 제거하고 흡인펌프로 유량을 조절해 최종적으로 가스미터로 유량을 측정하는 순서이다.

이 여과포의 표면 여과속도는 약 0.59m/min이다.

여과포 1개의 표면적: $\pi \times 0.3\ \mathrm{m} \times 3\ \mathrm{m} \approx 2.83\ \mathrm{m^2}$, 18개의 총 표면적: $2.83\times 18 \approx 50.9\ \mathrm{m^2}$

여과속도: $\dfrac{30\ \mathrm{m^3/min}}{50.9\ \mathrm{m^2}} \approx 0.59\ \mathrm{m/min}$

유체의 흐름이 층류인지 난류인지를 판별하는 레이놀드수(Reynolds number)는 관성력/점성력의 비로 정의된다.

레이놀드수가 작을수록 점성력이 지배적인 층류에 가깝고, 클수록 관성력이 지배적인 난류에 가까워진다.

171.4㎍/m³로 환산된다.

표준상태에서 기체 1몰의 부피는 $22.4\ \mathrm{L}$이고 아황산가스(SO₂)의 분자량은 64이므로, ppm 농도는 $C(\mathrm{mg/m^3})=C(\mathrm{ppm})\times\dfrac{64}{22.4}$ 식으로 바꿀 수 있다.

$0.06\times\dfrac{64}{22.4}=0.1714\ \mathrm{mg/m^3}$이며, 이는 171.4㎍/m³에 해당한다.

슬러지 팽화(sludge bulking)는 살수여상법이 아니라 활성슬러지법에서 발생하는 대표적 운영 문제다.

살수여상에서 실제로 주의해야 할 사항은 다음과 같다.

• 여상이 생물막으로 막히는 여상의 폐쇄가 발생할 수 있다.
• 과도하게 자란 생물막이 떨어져 나가는 생물막의 탈락이 일어난다.
• 여상 표면에 파리가 번식하는 파리의 발생 문제가 있다.

6가 크롬(Cr⁶⁺) 함유 폐수는 먼저 산성 조건에서 환원제를 넣어 Cr⁶⁺를 독성이 낮은 Cr³⁺로 환원시킨 뒤, 이어서 중화로 pH를 높이고, 마지막으로 수산화물 형태로 침전시켜 제거한다.

환원 반응은 산성 영역에서 잘 일어나므로 중화보다 먼저 수행해야 하며, 침전은 수산화크롬이 형성되는 중성~약알칼리 영역에서 진행되므로 중화 다음 단계에 온다.

이 시료의 5일 BOD는 2100mg/L이다.

BOD는 $BOD=(D_1-D_2)\times P$로 구하며, 여기서 $D_1, D_2$는 초기·5일 후 DO, $P$는 희석배율이다.

시료를 0.2%만 넣었으므로 희석배율은 $P=\dfrac{1}{0.002}=500$이고, DO 감소량은 $6.8-2.6=4.2\ \mathrm{mg/L}$이다.

따라서 $BOD=4.2\times500=2100\ \mathrm{mg/L}$이 된다.

우리나라 수질오염공정시험기준에서 COD는 산성 100℃ 과망간산칼륨(KMnO₄)법을 기본으로 하고(염소이온이 많은 시료는 알칼리성 과망간산칼륨법), 다이크로뮴산칼륨(K₂Cr₂O₇)법도 산성 조건에서 수행한다.

따라서 "알칼리성 100℃에서 다이크로뮴산칼륨으로 측정하도록 규정한다"는 설명은 조건과 시약이 모두 어긋나 옳지 않다.

나머지 설명은 COD의 일반적 특성과 일치한다.

• COD는 화학적 산화이므로 생분해되지 않는 물질도 측정할 수 있다.
• 시료에 염소이온이 많으면 산화제가 소모되어 오차가 생기는데, 황산은을 첨가하면 이 방해를 줄일 수 있다.
• 배양이 필요한 BOD와 달리 단시간에 결과를 얻을 수 있어 처리시설 운영관리에 유용하다.

폐수 중 암모니아성 질소가 염소와 결합하면 클로라민(결합잔류염소)이 생성된다.

이는 유리잔류염소보다 살균력은 약하지만 소독 효과가 오래 지속되는 특징이 있어 파괴점 염소처리 같은 공정에서 중요하게 다뤄진다.

에탄올의 이론적 산소요구량(ThOD)은 521.7mg/L이다.

에탄올의 완전산화 반응식은 $\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$이며, 에탄올 1몰(46g)을 산화시키는 데 산소 3몰(96g)이 필요하다.

따라서 $ThOD=250\times\dfrac{96}{46}=521.7\ \mathrm{mg/L}$로 계산된다.

물의 흐름이 난류일 때는 수면에서의 접촉·혼합이 활발해져 산소가 더 빠르게 녹아들어(재폭기가 촉진되어) 용존산소가 오히려 잘 유지된다. 따라서 "난류일 때 산소가 잘 녹지 않는다"는 설명은 옳지 않다.

나머지 설명은 용존산소 특성과 맞는다.

• 수온이 높을수록 기체 용해도가 떨어져 용존산소량은 감소한다.
• 불순물(용존 물질) 농도가 높을수록 산소 용해도가 낮아진다.
• 물속에 남아있는 용존산소가 적을수록 포화농도와의 차이가 커져 용해속도는 증가한다.

농경지 배수는 특정 배출구 없이 강우 등에 의해 넓은 면적에서 흘러나오는 비점오염원에 해당한다.

반면 폐수처리장 방류수, 축산폐수, 공장의 산업폐수는 모두 배출구(관로)를 통해 일정한 지점에서 배출되는 점오염원으로 분류된다.

오존 안정법은 살균·소독이나 고도산화에 쓰이는 별개의 공정으로, 포기 방식을 변형한 활성슬러지법의 변법으로 보지 않는다.

다단 포기법, 접촉 안정법, 장기 포기법은 모두 포기 방식이나 슬러지 접촉 방식을 달리한 활성슬러지법의 대표적 변법이다.

슬러지 벌킹(팽화)은 활성슬러지 포기조에서 사상균 이상증식 등으로 발생하는 문제이며, 여과지 운전 문제와는 관련이 없다.

여과지에서 실제 발생하는 문제는 진흙 덩어리(머드볼)의 축적, 공기결합(air binding), 여재층의 수축 등이다.

이 NaCl 용액의 몰농도는 0.004M이다.

NaCl의 분자량은 $23+35.5=58.5$이고, 농도 234ppm은 $234\ \mathrm{mg/L}=0.234\ \mathrm{g/L}$에 해당한다.

따라서 몰농도는 $\dfrac{0.234}{58.5}=0.004\ \mathrm{mol/L}$이 된다.

이 슬러지의 SVI는 140이다.

SVI는 $SVI=\dfrac{SV_{30}(\mathrm{mL/L})}{MLSS(\mathrm{mg/L})}\times1000$으로 구한다.

여기서 30분 침전 부피 350mL를 1L 기준으로 환산하면 350mL/L이므로, $SVI=\dfrac{350}{2500}\times1000=140$이 된다.

이 침사지의 유량은 2160m³/h이다.

침사지 부피는 $2\times15\times1=30\ \mathrm{m^3}$이고, 체류시간은 유입 부피를 유량으로 나눈 값이므로 유량은 $Q=\dfrac{V}{t}$로 구한다.

$Q=\dfrac{30\ \mathrm{m^3}}{50\ \mathrm{s}}=0.6\ \mathrm{m^3/s}$이며, 이를 시간 단위로 바꾸면 $0.6\times3600=2160\ \mathrm{m^3/h}$이다.

pH를 11 이상으로 높여 암모늄이온을 기체 상태의 암모니아로 전환시킨 뒤 공기를 불어넣어 대기 중으로 날려 보내는 질소 고도처리 공정은 탈기(스트리핑)다.

막분리법·세포합성·이온교환은 각각 별도의 원리로 질소를 제거하는 방법으로, pH 조정 후 기체화하여 폭기로 제거하는 방식과는 다르다.

이 포기조의 BOD 용적부하는 2.31kg/m³·day이다.

BOD 용적부하는 유입 BOD량(BOD 농도 × 유량)을 포기조 부피로 나눈 값이다.

$\dfrac{370\ \mathrm{g/m^3}\times1250\ \mathrm{m^3/day}}{200\ \mathrm{m^3}}=2312.5\ \mathrm{g/m^3\cdot day}=2.31\ \mathrm{kg/m^3\cdot day}$가 된다.

펜턴(Fenton) 산화는 과산화수소(H₂O₂)와 철(Fe²⁺) 촉매가 반응하여 생성되는 강력한 산화력의 히드록시라디칼(·OH)로 난분해성 유기물질을 분해·산화시키는 고도산화 공정이다.

다른 살균법에 비해 염소살균이 선호되는 가장 큰 이유는 잔류염소의 효과, 즉 처리 후에도 일정 농도의 염소가 남아 배급수 과정에서 재오염을 지속적으로 억제할 수 있다는 점이다.

오존이나 자외선(UV) 소독은 살균력은 우수하지만 처리 직후 그 효과가 사라져 잔류 소독력을 기대할 수 없다.

이 폐수의 최종BOD(BOD_u)는 289mg/L이다.

BOD 소모식은 $BOD_t=BOD_u\times(1-10^{-kt})$이며, 여기서 k는 상용대수 탈산소계수다.

$1-10^{-0.2\times5}=1-10^{-1}=0.9$이므로, $BOD_u=\dfrac{260}{0.9}=289\ \mathrm{mg/L}$가 된다.

총인을 아스코르브산 환원법으로 측정할 때 표준 흡광 파장은 880nm이지만, 이 파장에서 측정이 어려운 경우에는 710nm에서 대체 측정하도록 정하고 있다.

폐기물 발생원과 처리장 사이의 거리가 멀 때, 그 중간 지점에 설치해 수거 차량을 대형 운반차량으로 옮겨 싣도록 함으로써 운반 비용을 절감시키는 시설은 적환장이다.

소화조는 유기물 안정화 시설, 살포장과 매립지는 최종 처분 관련 시설로 중간 환적 기능과는 무관하다.

쓰레기 1톤을 수거하는 데 수거 인부 1인이 소요하는 총 시간을 나타내는 지표는 MHT(Man-Hour per Ton)이다.

MHT 값이 작을수록 수거 효율이 높다는 것을 의미하며, 수거 인력·장비 운영의 효율성을 비교하는 대표적인 지표로 쓰인다.

증발시켜야 할 수분량은 157.9kg이다.

쓰레기 1톤(1000kg) 중 수분 20%이므로 건조고형물은 $1000\times(1-0.20)=800\ \mathrm{kg}$이고, 이 건조고형물량은 건조 후에도 변하지 않는다.

건조 후 수분이 5%가 되므로 건조 후 총중량을 $W_2$라 하면 $800=W_2\times(1-0.05)$에서 $W_2=\dfrac{800}{0.95}=842.1\ \mathrm{kg}$이다.

따라서 증발된 수분량은 $1000-842.1=157.9\ \mathrm{kg}$이다.

이 폐기물의 압축비는 4.0이다.

부피감소율과 압축비 사이에는 $CR=\dfrac{1}{1-VR}$의 관계가 있다.

부피감소율이 75%(0.75)이므로 $CR=\dfrac{1}{1-0.75}=\dfrac{1}{0.25}=4.0$이 된다.

분뇨는 계절과 지역, 식생활 습관 등에 따라 배출량과 성상이 변동하므로, "연중 배출량 및 특성 변화 없이 일정하다"는 설명은 옳지 않다.

분뇨는 실제로 대량의 유기물을 함유해 점도가 높고, 함유된 질소화합물이 완충작용을 해 소화조 내 pH 강하를 막아주며, 도시하수보다 고형물 함유도가 높다는 특성을 가진다.

중간복토는 매립작업이 장기간 중단될 때 시공하는 것으로, 당일복토(15cm 이상)보다 두껍게(통상 30cm 이상) 시공하는 것이 원칙이므로 "두께 15㎝ 이상"이라는 설명은 옳지 않다.

나머지 설명, 즉 당일복토를 작업 종료 후 매일 실시하는 점, 셀 방식에서 상부 노출기간이 7일 이상이면 사면부 위주로 15㎝ 이상 당일복토를 하는 점, 사질토 복토재가 압축·통기성은 좋지만 악취 발산 우려가 커지는 점은 모두 타당한 설명이다.

슬러지 처리는 일반적으로 농축 → 안정화 → 개량 → 탈수 → 소각 → 최종처분의 순서로 진행된다.

먼저 농축으로 함수율을 낮추고, 안정화(소화 등)로 유기물을 분해시킨 뒤, 탈수효율을 높이기 위한 개량을 거쳐 탈수하고, 필요 시 소각한 후 최종적으로 처분한다.

이 연료의 저위발열량은 8684kcal/kg이다.

고위발열량과 저위발열량의 관계식은 $H_l=H_h-600\times(9H+W)$이며, 여기서 H, W는 각각 수소·수분의 중량비(소수)다.

$9\times0.15+0.01=1.36$이므로, $H_l=9500-600\times1.36=9500-816=8684\ \mathrm{kcal/kg}$이 된다.

복토는 침출수·악취·화재·해충 발생을 억제하고 매립층의 구조적 안정을 돕기 위한 것으로, 유해가스의 이동을 억제·조절하는 것이 목적이지 이동성을 향상시키는 것이 아니다.

화재 발생 방지, 우수 침투 차단을 통한 침출수량 최소화, 매립층 압축에 따른 부등침하 최소화는 모두 복토의 실제 기능에 해당한다.

연료 형태에 따른 연소 종류는 분해연소·증발연소·표면연소(그리고 확산연소, 예혼합연소 등)로 구분되며, 조연연소는 표준적으로 쓰이는 연소 분류 명칭이 아니다.

조연성(助燃性)은 산소처럼 연소를 돕는 기체의 성질을 가리키는 용어일 뿐, 그 자체가 연료 형태에 따른 연소 방식은 아니다.

무기성 고형화는 시멘트·석회·규산염 등 값싸고 구하기 쉬운 무기 결합제를 사용하므로 처리 비용이 저렴한 편이다. 따라서 "수밀성과 수용성이 높아 다양한 적용이 가능하나 처리 비용은 고가이다"라는 서술은 무기성 고형화의 특성과 맞지 않는다.

수밀성이 매우 크지만 결합제 값이 비싸 비용이 높은 것은 오히려 요소수지·폴리에스테르·아스팔트 등을 쓰는 유기성 고형화의 특징이다.

다양한 산업폐기물에 적용 가능하고, 고형화 재료에 따라 고화체의 체적 증가폭이 다르며, 상온·상압에서 처리할 수 있다는 점은 무기성 고형화의 실제 특성과 일치한다.

파쇄는 폐기물의 겉보기 비중을 높이고, 특정 성분을 분리하기 쉽게 하며, 고체물질을 균일하게 혼합시키기 위한 전처리 공정이다.

반면 파쇄는 표면적을 넓혀 오히려 부식·분해 반응이 촉진될 수 있으므로, "부식효과 억제"는 파쇄의 목적과 거리가 멀다.

일정 기간 특정 지역의 쓰레기 수거차량 대수를 조사하고 여기에 밀도를 곱해 중량으로 환산하는 발생량 산정 방법은 적재차량 계수분석법이다.

물질수지법은 물질의 투입·산출을 따져 발생량을 추정하는 방법이고, 직접 계근법은 수거차량의 중량을 직접 계량하는 방법이어서 이 문제의 조사 방식과는 다르다.

매립은 폐기물을 최종적으로 땅에 묻어 처분하는 최종처분 단계에 해당하며, 중간처리로 분류되지 않는다.

압축, 파쇄, 선별은 모두 최종처분에 앞서 폐기물의 부피를 줄이거나 성상을 조정하는 중간처리 공정이다.

매립지에서 유기물의 혐기성 분해는 가수분해 → 알콜발효 → 산 생성 → 메탄 생성의 순서로 진행되므로, 가장 늦게 일어나는 단계는 메탄 생성 단계다.

메탄생성균은 앞 단계에서 만들어진 유기산이 충분히 축적·분해된 이후에야 활동이 활발해지기 때문에, 분해 단계 중 가장 마지막에 나타난다.

여과비저항은 슬러지나 분뇨를 여과할 때 물이 빠지는 정도, 즉 탈수 난이도를 나타내는 지표이다.

비저항 값이 클수록 슬러지 입자가 여과층을 막아 물빠짐이 나빠지고 탈수하기 어려운 슬러지임을 의미한다.

• 균등계수와 유효경은 여재나 토양 입자의 입도분포를 나타내는 지표로 탈수성과는 직접 관련이 없다.
• 알칼리도는 완충능력을 나타내는 지표로 탈수 가능성과는 무관하다.

점토 차수층은 급경사면에는 시공이 어렵고 지반이 고르지 않으면 부등침하로 균열이 발생할 수 있어, 어떤 지반에도 효과적이라는 설명은 옳지 않다.

반면 점토는 양이온교환능력에 의한 오염물질 정화 기능이 있고 벤토나이트 첨가로 차수성을 높일 수 있다는 설명은 맞는 내용이다.

연직차수막은 매립지 바닥의 불투수층이 수평으로 넓게 분포할 때 수직·경사 방향으로 시공하며, 합성고무·합성수지 차수막은 차수성은 우수하나 얇아서 손상에 취약하다는 설명도 타당하다.

노말헥산 추출물질(기름성분) 중량법에서는 추출액에 들어 있는 노말헥산을 날려 보내기 위해 약 80℃의 물중탕에서 가열·방치한다.

노말헥산의 끓는점이 약 69℃이므로 상온 수준인 25℃ 물중탕으로는 용매가 충분히 증발하지 않아 잔류물의 무게를 정확히 잴 수 없다. 따라서 물중탕 온도를 25℃로 기술한 설명이 옳지 않다.

응집제를 넣어 추출물질을 포집한 뒤 노말헥산으로 추출하고 잔류물의 무게로 정량한다는 점, 메틸오렌지 지시약이 황색에서 적색으로 변할 때까지 염산을 넣어 pH 4 이하의 산성으로 맞춘 뒤 추출한다는 점은 실제 시험 절차와 일치하는 내용이다.

탄소의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$로, 탄소 1$\mathrm{kmol}$당 산소 1$\mathrm{kmol}$이 필요하다.

탄소 6$\mathrm{kg}$의 몰수는 $\dfrac{6}{12} = 0.5\ \mathrm{kmol}$이므로 필요한 산소도 0.5$\mathrm{kmol}$이다.

표준상태 기체 부피로 환산하면 $0.5 \times 22.4 = 11.2\ \mathrm{Sm^3}$이 되어, 이론산소량은 11.2Sm³이다.

서로 다른 두 음원의 음압레벨을 합성할 때는 각 음압레벨을 에너지(음압의 제곱)로 환산해 더한 뒤 다시 로그로 되돌린다.

$L = 10\log_{10}\left(10^{90/10} + 10^{88/10}\right)$을 계산하면 $10\log_{10}(1.63\times10^{9}) \approx 92.1\ \mathrm{dB}$이 된다.

따라서 두 기계를 함께 가동할 때 합성음압레벨은 약 92dB이며, 단순히 두 값을 더한 178dB이 되지 않는다는 점이 핵심이다.

마루와 마루 또는 골과 골 사이의 거리는 파장(wavelength)이며, 주기(period)는 한 번의 진동이 일어나는 데 걸리는 시간을 의미한다. 1번은 파동의 최고점을 마루라 하는 정의가 맞고, 2번은 매질의 진동방향과 파동 진행방향이 직각인 횡파의 정의가 맞으며, 4번은 진동의 중앙에서 마루 또는 골까지의 거리를 진폭이라 하는 정의가 맞다.

음원대책은 소음이 발생하는 기계 자체에서 소음을 줄이는 방법으로, 소음기 설치가 대표적이다.

• 거리감쇠는 음원과 수음점 사이의 거리를 이용하는 전파경로대책이다.
• 방음벽 설치는 소음이 퍼져나가는 경로를 차단하는 전파경로대책이다.
• 공장건물 내벽의 흡음처리 역시 전파되는 소음 에너지를 흡수하는 전파경로대책이다.

대상소음도는 측정소음도에서 배경소음의 영향을 보정하여 얻은, 평가 대상이 되는 소음의 크기를 말한다.

배경소음도는 대상 소음원이 없을 때 측정되는 주변 소음이고, 등가소음도는 일정 시간 동안의 변동 소음을 에너지 평균한 값이며, 평가소음도는 대상소음도에 충격음·순수음 등의 보정치를 더한 값이므로 정의가 서로 다르다.

소음의 배출허용기준을 측정할 때 소음계의 청감보정회로는 A특성에 고정하여 측정한다.

A특성은 사람의 청감 특성과 가장 유사하게 저주파 성분을 감쇠시키는 보정회로로, 환경소음 측정의 표준으로 사용된다.