10년 2회차

물리적 흡착은 발열반응이므로 온도가 낮을수록 흡착량이 증가하는 등 온도의 영향을 크게 받는다.

물리적 흡착이 가역적이라 흡착제 재생과 오염가스 회수에 유리하다는 점, 용질의 분압이 높고 분자량이 클수록 잘 흡착된다는 점, 화학적 흡착이 물리적 흡착보다 결합력이 강해 발열량이 크다는 점은 모두 맞는 설명이다.

아황산가스를 접촉산화법으로 황산으로 회수할 때는 오산화바나듐(V₂O₅) 계열 촉매가 널리 쓰이며, 여기에 조촉매로 $K_2SO_4$ 등을 함께 사용한다.

SiO₂·KMnO₄, MgO·KHSO₄, Al₂O₃·CaCO₃ 조합은 SO₂ 접촉산화 촉매로 사용되지 않는다.

여과자루 1개의 여과면적은 $A = \pi D H = \pi \times 0.2\ \mathrm{m} \times 16\ \mathrm{m} \approx 10.05\ \mathrm{m^2}$이다.

필요한 총 여과면적은 $\dfrac{Q}{V_f} = \dfrac{1{,}200\ \mathrm{m^3/min}}{1.2\ \mathrm{m/min}} = 1{,}000\ \mathrm{m^2}$이다. (여과속도 2cm/sec는 1.2m/min에 해당한다.)

따라서 필요한 여과자루 수는 $\dfrac{1{,}000}{10.05} \approx 100\ \text{개}$로, 약 100개가 필요하다.

중력집진장치는 침강실 내 처리가스 속도가 작을수록, 침강실 입구폭이 클수록 미세한 입자까지 포집할 수 있고, 배기가스 기류가 균일해야 집진율이 안정적으로 높아진다.

반대로 침강실 높이는 낮고 수평거리는 길수록 입자가 가라앉을 시간이 충분해져 집진율이 높아지므로, 높이가 높고 수평거리가 짧을수록 집진율이 높아진다는 설명은 실제 효율 향상조건과 어긋난다.

중유 중 황성분은 시간당 $5{,}000\ \mathrm{kg} \times 0.02 = 100\ \mathrm{kg/hr}$이며, 전량 SO₂로 연소된 뒤 CaCO₃와 1:1 몰비로 반응한다.

황(원자량 32) 100kg/hr는 $\dfrac{100}{32} = 3.125\ \mathrm{kmol/hr}$이고, 이는 CaCO₃(분자량 100) $3.125 \times 100 = 312.5\ \mathrm{kg/hr}$에 해당한다.

따라서 필요한 CaCO₃의 양은 312.5kg/hr이다.

먼지의 겉보기 전기저항이 $10^{12}\ \Omega \cdot \mathrm{cm}$보다 높아 역전리가 일어나고 집진이 어려운 경우, NaCl·H₂SO₄·소다회(soda lime) 같은 물질을 투입해 비저항을 낮추는 컨디셔닝을 한다.

반면 NH₃(암모니아)는 비저항이 지나치게 낮은(약 10⁴ Ω·cm 이하) 먼지에 주입해 입자의 전기적 중성화를 늦추는 용도로 쓰이므로, 고비저항 먼지에 투입하는 물질로는 거리가 멀다.

중력집진장치를 통과하면 농도는 $3{,}000 \times (1-0.5) = 1{,}500\ \mathrm{mg/Sm^3}$로 줄어든다.

이어서 여과집진장치를 통과하면 $1{,}500 \times (1-0.99) = 15\ \mathrm{mg/Sm^3}$가 되어, 최종 출구 먼지농도는 15mg/Sm³이다.

대기오염공정시험방법상 "즉시"란 표시된 조작을 30초 이내에 하는 것을 뜻하므로, 1분 이내라는 설명은 옳지 않다.

"정확히 단다"가 0.1mg까지 다는 것을 뜻한다는 점, "항량이 될 때까지 건조 또는 강열한다"가 전후 무게차 매g당 0.3mg 이하를 뜻한다는 점, "감압 또는 진공"이 15mmHg 이하를 뜻한다는 점은 모두 맞는 정의다.

유해가스상 물질을 처리하는 흡착장치는 고정층·이동층·유동층 방식으로 구분한다.

"촉매층 흡착장치"는 촉매 반응을 이용하는 설비 개념으로, 표준적인 흡착장치 분류에 해당하지 않는다.

연소조절에 의한 질소산화물 저감에는 배출가스 재순환, 연소부분 냉각, 2단 연소 등이 활용된다.

반대로 과잉공기공급량을 증가시키면 연소역 내 산소 농도와 온도가 높아져 오히려 NOx 생성이 늘어나므로, 이는 억제 방법이 아니다.

3일 후에 남아있는 BOD(잔존 BOD)는 146.6 mg/L이다.

BOD 소모식 $BOD_t = L_0(1-10^{-kt})$에서 $BOD_5=200=L_0(1-10^{-0.1\times5})=L_0(1-10^{-0.5})$이므로 $L_0=\dfrac{200}{1-0.316}=292.5\ \mathrm{mg/L}$이다.

3일 후 잔존 BOD는 $L_0\times 10^{-kt}=292.5\times10^{-0.3}=292.5\times0.501=146.6\ \mathrm{mg/L}$로 계산된다.

불소 제거에 가장 적합한 폐수처리 방법은 화학침전이다.

불소이온은 칼슘과 반응시켜 난용성인 $\mathrm{CaF_2}$ 침전물을 생성시키는 방식으로 제거하는 것이 일반적이며, 소석회나 염화칼슘 등을 주입하는 화학적 침전법이 표준 처리방식이다.

• UCT 공정은 혐기·무산소·호기 조를 조합해 질소와 인을 제거하는 생물학적 고도처리 공법으로 불소와는 관련이 없다.
• 살수여상은 유기물(BOD) 제거를 위한 호기성 생물막법이며, 나머지 보기도 모두 생물학적 처리 계열이어서 불소 제거 기능이 없다.

1N $\mathrm{H_2SO_4}$ 용액은 용액 1000mL 중 49g을 함유한 것이다.

$\mathrm{H_2SO_4}$의 분자량은 98이고 2가산이므로 당량은 $\dfrac{98}{2}=49$이다.

노르말농도(N)는 용액 1L(1000mL) 중에 녹아있는 당량수를 의미하므로, 1N 용액은 1000mL 중 49g을 함유해야 한다.

이 물의 경도는 200 mg/L as CaCO₃이다.

경도는 2가 양이온 농도를 $\mathrm{CaCO_3}$ 당량으로 환산해 합산하며, 환산식은 $\text{경도}=\sum M^{2+}(mg/L)\times\dfrac{50}{\text{당량}}$이다.

$\mathrm{Ca^{2+}}$는 $40\times\dfrac{50}{20}=100$, $\mathrm{Mg^{2+}}$는 $24\times\dfrac{50}{12}=100$으로 계산되어 합은 $200\ \mathrm{mg/L}$이다.

총알칼리도 정의에 대한 설명이 틀렸다.

알칼리도가 산을 중화시키는 능력의 척도이고 수산화물·중탄산염·탄산염이 그 유발물질이며, 응집·연수화·부식제어의 판단자료로 쓰인다는 설명은 모두 옳다.

다만 총알칼리도는 시료를 pH 4.5 부근(당량점)까지 적정하는 데 소요된 산의 양을 $\mathrm{CaCO_3}$ ppm으로 환산한 값으로 정의되며, pH 7까지나 CaO 기준으로 표현하는 것이 아니다.

유기물을 호기성으로 완전분해하면 최종산물은 이산화탄소와 물이다.

호기성 미생물은 산소를 최종전자수용체로 이용해 유기물을 $\mathrm{CO_2}$와 $\mathrm{H_2O}$로 완전 산화시키며, 메탄이나 일산화탄소는 혐기성 분해나 불완전연소에서 나타나는 산물이다.

독립침전(제1형 침전)은 부유물 농도가 낮고 입자끼리 응결하지 않는 상태에서 각 입자 고유의 침강특성에 따라 가라앉는 현상을 말한다.

• 입자가 서로 응결해 커지면서 침강속도가 점차 빨라지는 것은 응집침전(제2형)이다.
• 입자 농도가 높아 서로 가까이서 간섭하며 가라앉는 것은 지역침전(간섭침전, 제3형)이다.
• 고농도로 입자들이 서로 접촉한 채 가라앉는 것은 압밀침전(제4형)이다.

비점오염원의 특징으로 거리가 먼 설명은 갈수 시 하천수 수질에 큰 영향을 준다는 서술이다.

비점오염원은 강우에 의해 씻겨 내려가 유출되는 오염원이므로 강우 시에 부하가 집중되며, 지표수 유출이 거의 없는 갈수기에는 오히려 그 영향이 작아진다.

기상·지질·지형의 영향이 크고, 빗물이나 지하수에 의해 희석·확산되며 넓은 지역에서 배출되고, 일간·계절간 배출량 변동이 크다는 나머지 설명은 비점오염원의 일반적 특징에 부합한다.

pH 2인 용액의 수소이온 농도는 0.01 mol/L이다.

$pH=-\log[H^+]$이므로 $[H^+]=10^{-pH}=10^{-2}=0.01\ \mathrm{mol/L}$이다.

이 공장폐수의 BOD 농도는 100 mg/L이다.

1일 총 BOD 부하량은 인구당량 400인에 1인당 배출량 50g을 곱한 $400\times50=20{,}000\ \mathrm{g/day}$이다.

폐수량 $200\ \mathrm{m^3/day}=200{,}000\ \mathrm{L/day}$로 나누면 $\dfrac{20{,}000}{200{,}000}=0.1\ \mathrm{g/L}=100\ \mathrm{mg/L}$가 된다.

조류를 이용한 산화지법에서 가장 중요한 영향 인자는 햇빛이다.

산화지는 조류의 광합성 작용으로 산소를 공급받아 호기성 미생물이 유기물을 분해하는 원리이므로, 광합성의 에너지원인 일사량(햇빛)이 처리효율을 좌우하는 핵심 변수이다.

지표수의 성질을 설명한 부분이 틀렸다.

실제로는 지하수가 지표수보다 무기물 함량이 높고 여과 과정을 거쳐 비교적 깨끗하며, 지층에 의한 보온효과로 연중 수온이 일정한 특성을 가진다. 지표수는 오염물질에 노출되기 쉽고 계절에 따라 수온 변화가 크다.

호수의 성층 형성, 바닷물의 무한한 수량과 한정적 이용목적, 호소의 낮은 유속으로 인한 오염 회복의 어려움에 대한 나머지 설명은 옳다.

생활오수는 하수처리장으로, 우수는 별도 관거로 직접 수역에 방류하는 배제방식은 분류식이다.

분류식은 오수관과 우수관을 별도로 설치해 처리 효율을 높이는 방식으로 신도시에 주로 채택되며, 오수와 우수를 한 관으로 함께 보내는 방식은 합류식이다.

월류위어의 유효길이는 15m이다.

1일 유입량은 $Q=62.5\ \mathrm{m^3/h}\times24\ \mathrm{h}=1{,}500\ \mathrm{m^3/day}$이다.

위어부하$=\dfrac{Q}{L}$이므로 유효길이는 $L=\dfrac{1{,}500}{100}=15\ \mathrm{m}$로 구해진다.

생물학적으로 인(P)만을 효과적으로 제거하는 대표적 고도처리 공법은 A/O 공법이다.

A/O 공법은 혐기조와 호기조만으로 구성되어, 인 축적 미생물의 혐기조 인 방출과 호기조 과잉섭취를 유도한 뒤 잉여슬러지로 인을 인출하므로 인만을 선택적으로 제거한다.

• A²/O 공법과 5단계 Bardenpho 공법은 혐기·무산소·호기 단계를 조합해 질소와 인을 동시에 제거하는 공법이다.
• 4단계 Bardenpho 공법은 혐기조가 없어 질산화·탈질에 의한 질소 제거를 목적으로 하는 공법이다.

수질오염공정시험기준상 페놀류 시료는 4℃ 보관, 인산(H₃PO₄)으로 pH 4 이하로 조정한 뒤 CuSO₄ 1g/L을 첨가하며 최대보존기간은 28일이다.

인산으로 산성화하고 황산구리를 첨가하는 것은 미생물에 의한 페놀 분해를 억제하기 위한 조치이며, 냉장(4℃) 보관과 함께 적용해야 28일까지 보존이 가능하다.

6가크롬 함유 폐수처리에서 크롬환원제로 쓰이지 않는 시약을 고르는 문제이다.

6가크롬(Cr⁶⁺)을 3가크롬(Cr³⁺)으로 환원시키는 데에는 $\mathrm{FeSO_4}$(황산제일철), $\mathrm{Na_2SO_3}$(아황산나트륨), $\mathrm{SO_2}$(아황산가스)가 대표적인 환원제로 사용되며, 환원 후 알칼리를 주입해 수산화크롬으로 침전 제거한다.

이 세 가지에 해당하지 않는 나머지 한 가지는 크롬 환원 공정에 쓰이는 시약이 아니므로 정답이 된다.

오존을 상수의 최종살균제로 가장 권장한다는 설명이 틀렸다.

오존은 산화력이 강해 $\mathrm{HOCl}$보다도 강력한 산화제이며 수중에서 불안정해 20℃ 증류수에서 반감기가 약 20~30분에 불과하므로 저장이 어려워 현장의 오존발생기로 그때그때 생산해 사용한다.

다만 오존은 잔류성이 없어 배급수 계통에서 소독효과를 지속시키지 못하므로, 최종(잔류) 살균에는 염소계 소독제가 주로 쓰이고 오존은 전염소·중간처리용으로 활용된다.

이 폐기물의 저위발열량은 2380 kcal/kg이다.

추정식 $H_l=H_h-600\,W$(W: 수분비율)을 적용하면, 수분 증발에 소요되는 잠열은 $600\times0.2=120\ \mathrm{kcal/kg}$이다.

따라서 저위발열량은 $2{,}500-120=2{,}380\ \mathrm{kcal/kg}$으로 계산된다.

슬러지를 약 210℃로 가열하고 120atm 정도로 가압해 슬러지 내 유기물을 공기로 산화시키는 공법은 습식산화법이다.

습식산화(짐머만법)는 고온·고압 조건에서 산소를 이용해 유기물을 액상에서 직접 산화·분해시키는 처리방식으로, 건조나 소화 공정과 달리 가압 하에서 공기 산화를 이용한다는 점이 특징이다.

폐기물 고형화 처리방법에 해당하지 않는 것은 활성탄 흡착법이다.

시멘트 기초법, 유기중합체(고분자)법, 열가소성 플라스틱법은 모두 폐기물을 매트릭스에 고정시켜 유해성분의 용출을 막는 대표적인 고형화 기법이다.

활성탄을 이용한 흡착법은 오염물질을 흡착제 표면에 붙잡아 제거하는 별도의 처리기술로, 고형화 범주에 속하지 않는다.

불꽃온도가 높아 해리되기 어려운 내화성 산화물을 만드는 원소 분석에 적합한 조합은 아세틸렌-일산화이질소(아산화질소) 불꽃이다.

아세틸렌-아산화질소 불꽃은 약 2,700℃ 내외의 고온을 내어 내화성 산화물을 잘 해리시키므로 원자흡광광도법에서 난해리성 원소 분석에 사용된다.

프로판-공기, 수소-공기, 석탄가스-공기 조합은 상대적으로 저온의 불꽃으로 일반적인 원소 분석에 쓰인다.

원자흡광광도법으로 카드뮴을 분석할 때의 측정파장은 228.8nm이다.

각 중금속은 고유한 흡광파장을 가지며, 카드뮴은 228.8nm의 공명선에서 흡광도를 측정해 정량한다.

건조 후 폐기물의 중량은 원래의 3/4이 된다.

수분을 제외한 고형분의 질량은 건조 전후에도 변하지 않으므로, 초기 총중량을 $M_1$이라 하면 고형분은 $M_1(1-0.4)=0.6M_1$이다.

건조 후 함수율이 20%가 되면 고형분 비율이 80%이므로 $0.6M_1=0.8M_2$에서 $M_2=\dfrac{0.6}{0.8}M_1=\dfrac{3}{4}M_1$이 된다.

탄소 30kg과 수소 15kg을 완전연소시키는 데 필요한 이론산소량은 200kg이다.

탄소의 연소반응 $\mathrm{C+O_2\rightarrow CO_2}$에서 $12\ \mathrm{kg}$의 C에 $32\ \mathrm{kg}$의 $\mathrm{O_2}$가 필요하므로, 30kg의 C에는 $30\times\dfrac{32}{12}=80\ \mathrm{kg}$의 산소가 필요하다.

수소의 연소반응 $\mathrm{2H_2+O_2\rightarrow2H_2O}$에서 $4\ \mathrm{kg}$의 $\mathrm{H_2}$에 $32\ \mathrm{kg}$의 $\mathrm{O_2}$가 필요하므로, 15kg의 H₂에는 $15\times\dfrac{32}{4}=120\ \mathrm{kg}$이 필요하다. 따라서 합계는 $80+120=200\ \mathrm{kg}$이다.

하부에서 가스를 주입해 모래를 유동시키고 이를 가열한 뒤 상부로 폐기물을 투입해 소각하는 형식은 유동상 소각로이다.

유동상 소각로는 가열된 모래층을 유동화시켜 폐기물과 균일하게 접촉·혼합시키는 방식으로, 열전달 효율이 높고 소각이 균일하게 이루어지는 특징이 있다.

관거(pipeline)수거에 대한 설명 중 잘못 투입된 물건의 회수가 쉽다는 서술이 틀렸다.

관거 수거는 일단 투입되면 관로 내부로 이송되므로 잘못 투입된 물건을 되찾기가 매우 어렵다는 것이 실제 단점으로 꼽힌다.

자동화·무공해화가 가능하고, 한번 설치하면 경로 변경이 곤란해 설치비가 높으며, 관경보다 큰 쓰레기는 파쇄·압축 등 전처리가 필요하다는 나머지 설명은 옳다.

퇴비화 특성 중 비료가치가 높고 부피감소율이 70% 이상으로 크다는 설명이 실제와 거리가 멀다.

퇴비화 제품은 질소·인 등 영양성분 함량이 낮아 화학비료에 비해 비료가치가 낮은 편이며, 퇴비 완성 시 부피감소율도 50% 이하 수준에 그쳐 70% 이상에는 미치지 못한다.

초기 시설투자비와 운영에너지가 낮고 고도의 기술수준을 요구하지 않으며, 품질 표준화가 어렵고 넓은 부지가 필요하다는 나머지 설명은 퇴비화의 일반적 특성에 부합한다.

착화온도(발화점)에 대한 설명 중 옳은 것은 화학결합의 활성도가 클수록 착화온도가 낮아진다는 것이다.

화학결합의 활성도(반응성)가 클수록 적은 에너지로도 연쇄반응이 시작될 수 있어 낮은 온도에서도 착화가 일어난다.

• 분자구조가 간단할수록 오히려 착화온도는 높아지는 경향이 있다.
• 발열량이 작을수록 착화온도는 대체로 높아진다.
• 활성화에너지가 작을수록 반응이 쉽게 일어나 착화온도는 낮아진다.

가스 생성 2단계에 대한 설명이 틀렸다.

2단계는 산소가 소진되며 진행되는 혐기성 전이단계로, $\mathrm{NO_3^-}$나 $\mathrm{SO_4^{2-}}$ 같은 물질이 전자수용체로 쓰이며 환원되기 시작하는 단계이지, 호기성 단계나 산화 반응이 아니다.

1단계의 호기성 O₂ 소모와 CO₂ 발생, 3단계의 혐기성 CH₄ 발생 개시, 4단계의 CH₄·CO₂ 함량이 안정되는 정상 혐기단계라는 나머지 설명은 옳다.

1인 1일 쓰레기 발생량은 1.54 kg/인·일이다.

1주일간 수거량은 $10{,}780\ \mathrm{m^3}\times0.5\ \mathrm{ton/m^3}=5{,}390\ \mathrm{ton}$이며, 1일 평균으로는 $\dfrac{5{,}390}{7}=770\ \mathrm{ton/day}$이다.

거주인구 500,000명으로 나누면 $\dfrac{770{,}000\ \mathrm{kg}}{500{,}000\ \mathrm{인}}=1.54\ \mathrm{kg/인\cdot 일}$이 된다.

이 수거체계의 수거능력은 4 MHT이다.

1일 쓰레기 처리량은 $\dfrac{4{,}000{,}000\ \mathrm{ton}}{300\ \mathrm{day}}=13{,}333.3\ \mathrm{ton/day}$이다.

1일 총 투입 인시(man-hour)는 $6{,}667\ \mathrm{명}\times8\ \mathrm{시간}=53{,}336\ \mathrm{MH}$이므로, $MHT=\dfrac{53{,}336}{13{,}333.3}\approx4$로 계산된다.

적환장 위치로 발생지역 무게중심에서 먼 곳이 부적당하다.

적환장은 수거차량의 이동거리와 운송비를 줄이기 위해 쓰레기 발생지역의 무게중심에 가까운 곳에 설치하는 것이 원칙이며, 무게중심에서 멀리 떨어질수록 수송 효율이 떨어진다.

간선도로와의 연결성, 공중 반대와 환경영향 최소화, 건설·운용의 경제성이라는 나머지 조건은 적환장 입지의 타당한 기준이다.

슬러지 개량(conditioning) 방법에 해당하지 않는 것은 관성분리이다.

슬러지 세척(엘루트리에이션), 열처리, 약품처리는 슬러지의 탈수성을 향상시키기 위해 성상을 바꾸는 대표적인 개량 방법이다.

반면 관성분리는 입자의 관성력 차이를 이용해 물질을 분리해 내는 기계적 분리 조작으로, 슬러지의 성상을 개선하는 개량법에는 속하지 않는다.

이 파동의 파장은 0.5m이다.

파장과 진동수, 속도의 관계식 $\lambda=\dfrac{v}{f}$에 $v=50\ \mathrm{m/s}$, $f=100\ \mathrm{Hz}$를 대입하면 $\lambda=\dfrac{50}{100}=0.5\ \mathrm{m}$이다.

중이(中耳)에서 소리를 전달하는 매질은 뼈이다.

고막에서 받은 진동은 추골·침골·등골로 이루어진 이소골을 거쳐 내이로 전달되며, 이 이소골이 뼈로 구성되어 있어 중이의 전달매질은 뼈가 된다.

• 외이에서는 공기가 진동을 전달한다.
• 내이에서는 림프액이 진동을 전달한다.

이 벽체의 투과손실은 20dB이다.

투과손실은 $TL = 10\log_{10}\left(\dfrac{I_i}{I_t}\right)$로 구하며, 입사음의 세기 $10^{-2}\ \mathrm{W/m^2}$와 투과음의 세기 $10^{-4}\ \mathrm{W/m^2}$를 대입하면 $TL = 10\log_{10}(10^{2}) = 20\ \mathrm{dB}$가 된다.

이 경우 대상소음레벨은 83dB(A)이다.

대상소음레벨은 측정소음레벨에서 배경소음의 영향을 제외한 값으로 $L = 10\log_{10}\left(10^{84/10} - 10^{75/10}\right)$로 구한다.

계산하면 $10^{8.4} \approx 2.512\times10^{8}$, $10^{7.5} \approx 3.162\times10^{7}$이므로 그 차를 로그 변환한 값은 약 $83.4\ \mathrm{dB(A)}$가 되어 83dB(A)에 해당한다.