07년 2회차

이황화탄소(CS₂)는 주로 비스코스 인견(레이온) 제조업이나 셀로판 제조 공정에서 배출되는 물질로, 세라믹 제조공업이나 도금공장과는 관련이 적다. 따라서 이 연결이 옳지 않다.

아황산가스는 황산제조업·제련소, 황화수소는 석탄건류·가스공업, 질소산화물은 내연기관·비료제조공업에서 주로 배출되는 것이 맞는 연결이다.

광원에서 나온 빛을 단색화장치나 필터로 좁은 파장의 빛만 선택해 시료 액층을 통과시킨 뒤, 광전측광으로 흡광도를 측정해 성분의 농도를 정량하는 분석법을 흡광광도법이라 한다.

가스크로마토그래피법은 기체 성분을 분리·정량하는 방법, 원자흡광광도법은 원자화된 시료의 특정 파장 흡수를 이용하는 방법, 비분산 적외선분석법은 적외선 흡수를 이용하는 방법으로 이 설명과는 원리가 다르다.

세정집진장치(스크러버)는 액적과 함진가스를 접촉시켜 입자를 포집하는 장치로, 관성충돌·확산작용·응집(응결)작용이 주된 포집 원리다.

여과작용은 여재(필터)에 가스를 통과시켜 입자를 걸러내는 여과 집진장치의 원리이므로 세정집진의 처리원리와는 거리가 멀다.

오존은 특유의 자극적인 냄새를 가진 기체이므로, 무취라는 설명이 옳지 않다.

오존은 산화력이 강해 살균·탈취 작용을 하고, 눈과 호흡기 점막에 자극을 주며 고무를 쉽게 노화시킨다. 또한 성층권에서는 태양의 유해 자외선을 차단해 지표 생물권을 보호하는 역할을 한다.

고도가 높아질수록 기온이 오히려 증가해 상하층의 공기가 잘 섞이지 않는 대기 상태를 기온 역전(역전층) 상태라 한다.

과단열 상태와 중립 상태는 고도에 따라 기온이 정상적으로 감소하는 경우이고, 등온 상태는 고도에 관계없이 기온이 일정한 경우로 역전 상태와는 구분된다.

표준상태(STP)에서 기체 1mol의 부피는 22.4L이며, 물의 분자량은 18이다.

물 5g의 몰수는 $\dfrac{5}{18}\,\mathrm{mol}$이므로, 수증기로 만들었을 때 부피는 $\dfrac{5}{18}\times22.4 \approx 6.22\,\mathrm{L}$이다.

함진가스를 방해판 등에 충돌시켜 기류의 방향을 급격히 바꾸면, 관성이 큰 입자는 방향 전환을 따라가지 못하고 그대로 진행해 분리·포집된다. 이러한 원리를 이용하는 장치가 관성력 집진장치다.

중력 집진장치는 자체 중력에 의한 침강을, 전기 집진장치는 전기적 인력을, 여과 집진장치는 여재를 통한 걸러냄을 이용하는 방식으로 원리가 다르다.

공급공기량을 과량으로 주입하면 연소가스 중 산소 농도가 높아져 오히려 질소산화물 생성이 촉진되므로, 이는 NOx 억제 방법이 아니다.

저온도 연소, 저산소 연소(공기비를 낮추는 방식), 수증기(또는 물) 분무는 모두 연소온도를 낮추거나 산소 농도를 줄여 질소산화물 발생을 억제하는 대표적인 방법이다.

충전탑의 충전물은 비표면적이 커야 가스와 액체의 접촉면적이 넓어져 흡수효율이 높아지므로, 비표면적이 작아야 한다는 설명은 적합하지 않다.

그 외에 충전물은 가벼워 지지구조 부담이 적고, 마찰저항과 압력손실이 작아야 통기저항을 줄여 운전비를 낮출 수 있다.

Deutsch-Anderson식을 적용하면 집진극 면적은 2배로 늘려야 효율이 90%에서 99%로 개선된다.

식 $\eta = 1-e^{-kA}$에서 $1-\eta = e^{-kA}$이므로 $A = -\dfrac{\ln(1-\eta)}{k}$, 즉 면적은 $-\ln(1-\eta)$에 비례한다. 개조 전후 비를 구하면 $\dfrac{-\ln 0.01}{-\ln 0.1} = \dfrac{4.605}{2.303} = 2$이다.

따라서 집진극 면적을 개조 전의 2배로 늘려야 목표 효율을 달성할 수 있다.

중력침강 집진장치를 통과한 먼지농도는 입구 1,000 mg/Sm³에서 50% 제거되어 500 mg/Sm³이 되고, 이어서 여과식 집진장치에서 99%가 추가로 제거되므로 최종 출구 농도는 5 mg/Sm³이 된다.

계산: $1000 \times (1-0.5) = 500\ \mathrm{mg/Sm^3}$
$500 \times (1-0.99) = 5\ \mathrm{mg/Sm^3}$

시안(CN⁻)은 세포호흡을 저해하는 급성 독성물질로 질식·중추신경계 장해를 일으키며, 골연화증은 카드뮴 등 중금속 축적으로 인한 대표적 만성 중독 증상이다. 따라서 시안과 골연화증의 연결은 적절하지 않다.

• 페놀은 특유의 냄새와 소독약 냄새를 유발하는 오염물질이다.
• 인은 수계에 유입되면 부영양화를 일으키는 대표적 영양염류다.
• 유기물은 분해 과정에서 산소를 소비해 수중 용존산소를 결핍시킨다.

월류웨어의 유효길이는 12 m이다.

일일 유입량은 $50\ \mathrm{m^3/hr} \times 24\ \mathrm{hr} = 1{,}200\ \mathrm{m^3/day}$이고, 월류부하 100 m³/m·day를 적용하면 $L = \dfrac{1{,}200}{100} = 12\ \mathrm{m}$로 산정된다.

하·폐수 처리시설의 일반적인 계통은 침사지 → 침전지 → 포기조 → 소독조 순으로 구성된다.

먼저 침사지에서 모래·자갈 등 무거운 입자를 제거하고, 침전지에서 부유물질을 가라앉힌 뒤, 포기조(생물반응조)에서 유기물을 생물학적으로 분해하고, 마지막으로 소독조에서 병원균을 살균하여 방류한다.

완속식 여과공법의 적정 여과속도는 5 m/day 수준이다.

완속여과는 모래층 표면에 형성되는 생물막(여과막)으로 불순물을 걸러내는 방식이라 여과속도를 낮게 유지해야 하며, 급속여과보다 훨씬 느린 속도로 운영된다.

포기조의 용적은 약 1,200 m³가 필요하다.

BOD 용적부하가 1.0 kg/m³·day이므로 $V = \dfrac{Q \times \mathrm{BOD}}{\mathrm{BOD\ 용적부하}} = \dfrac{700\ \mathrm{m^3/day} \times 1.715\ \mathrm{kg/m^3}}{1.0\ \mathrm{kg/m^3 \cdot day}} \approx 1{,}200\ \mathrm{m^3}$로 계산된다.

산기식 포기조의 용존산소(DO)는 통상 2 mg/L 내외로 유지하면 충분하며, 7 mg/L 이상으로 높게 유지하는 것은 불필요한 과잉 포기로 송풍 동력비만 커지므로 관리 기준으로 적절하지 않다.

• 활성슬러지의 색은 정상적인 갈색 여부를 판단하는 중요한 관찰 항목이다.
• 냄새 이상 유무는 부패·혐기화 여부를 가늠하는 지표가 된다.
• 포기강도는 산소공급과 혼합 상태를 결정하므로 지속적으로 점검해야 한다.

M-A/S는 유기물 제거를 주목적으로 하는 활성슬러지 계열 공법이어서, 인·질소 같은 영양염류를 제거하기 위해 설계된 생물학적 공법으로는 보기 어렵다.

반면 A/O는 혐기조와 호기조를 조합해 인을 제거하고, Bardenpho는 무산소조와 호기조를 반복 배열해 질소를 제거하며, UCT는 여기에 반송 경로를 개선해 인과 질소를 함께 제거하도록 설계된 대표적인 생물학적 영양염류 제거 공법이다.

황산알루미늄(황산반토)으로 형성되는 플록은 철염 응집제에 비해 가볍고 침전 속도가 느린 편이라, 철염보다 플록이 무거워 침전이 잘된다는 설명은 옳지 않다.

• 황산알루미늄 결정은 부식성이 없어 취급이 비교적 용이하다.
• 철염 응집제에 비해 적정 pH 범위가 좁아 pH 관리에 더 유의해야 한다.
• 가격이 저렴하고 무독성이라 대량 주입이 가능한 장점이 있다.

박테리아 세포는 보통 수분이 약 80%를 차지하고 나머지 약 20%가 고형물질로 구성되므로, 수분 60%·고형물 40%라는 설명은 옳지 않다.

• 박테리아는 단세포 미생물로 용해된 유기물을 섭취해 에너지원으로 이용한다.
• 형태는 막대기모양(간균)·공모양(구균)·나선모양(나선균) 등으로 나뉜다.
• 일반적인 화학조성식은 $\mathrm{C_5H_7O_2N}$으로 나타낸다.

탈수 후 슬러지의 수분함량은 76.7%이다.

수분 무게는 $150 - 35 = 115\ \mathrm{kg}$이므로 $\dfrac{115}{150}\times 100 \approx 76.7\%$로 계산된다.

Stokes법칙을 적용한 모래입자의 침전속도는 0.898 cm/sec이다.

침전속도는 $V = \dfrac{g\,d^2(\rho_s-\rho_w)}{18\mu}$로 구하며, $d=0.01\ \mathrm{cm}$, $\rho_s-\rho_w=1.65\ \mathrm{g/cm^3}$, $\mu=0.01\ \mathrm{g/cm \cdot sec}$를 대입하면 $V = \dfrac{980 \times 0.0001 \times 1.65}{18 \times 0.01} \approx 0.898\ \mathrm{cm/sec}$가 된다.

표준 활성슬러지법의 F/M비 운전범위는 보통 0.2~0.4 kgBOD/kgMLSS·day 수준이다.

이 범위는 미생물이 충분한 먹이(유기물)를 공급받으면서도 과부하 없이 안정적으로 유기물을 분해할 수 있도록 설정된 표준적인 운전 기준이다.

유기물이 호기성 조건에서 완전히 분해되면 최종적으로 물과 이산화탄소로 전환된다.

산소가 충분히 공급되므로 유기물 내 탄소와 수소가 각각 산화되어 $\mathrm{CO_2}$와 $\mathrm{H_2O}$로 안정화되며, 메탄이나 일산화탄소 같은 환원성 생성물은 혐기성 분해에서 나타난다.

입상활성탄은 흡착제로 사용되는 물질이며, 전하 중화나 가교작용으로 콜로이드를 응집시키는 응집제와는 작용 원리가 다르다.

• PAC(폴리염화알루미늄)는 대표적인 무기 응집제다.
• 소석회는 pH 조정과 함께 응집 보조제로 널리 쓰인다.
• 염화제2철은 철염 계열의 대표적인 응집제다.

Stokes법칙에 따르면 침강속도는 $V \propto \dfrac{d^2(\rho_s-\rho_w)}{\mu}$로 나타나므로, 밀도차가 크고 점성도가 작으며 입자 직경이 클수록 침강속도가 빨라진다.

즉 입자와 유체 사이의 밀도차 및 입경은 분자에, 점성도는 분모에 있어 서로 반대 방향으로 침강속도에 영향을 준다.

산도(acidity)와 경도(hardness)는 모두 탄산칼슘(CaCO₃) 농도로 환산하여 나타내는 것이 관례다.

서로 다른 화학종으로 존재하는 산성 물질이나 경도 유발 이온(Ca²⁺, Mg²⁺ 등)을 동일한 기준으로 비교하기 위해 탄산칼슘 상당량으로 통일해 표기한다.

오존은 잔류성이 없어 급수계통 내 미생물 재증식을 막지 못하므로, 잔류살균효과를 유지하기 위해 염소를 추가로 투입한다.

오존 소독 이후 배관망에서 미생물이 다시 증식할 수 있는데, 염소는 배관 말단까지 잔류하며 지속적인 살균효과를 제공한다.

실험실에서 BOD를 측정할 때는 20℃에서 5일간 배양하는 것이 표준 조건이다.

이는 하천 등 자연수계에서 유기물이 분해되는 조건을 표준화하여 재현성 있게 비교하기 위해 정해진 배양 기준이다.

펜턴(Fenton) 반응은 철염(Fe²⁺)과 과산화수소가 반응해 생성되는 강력한 산화력의 수산기 라디칼로 난분해성 유기물질을 산화시키는 고도산화공정이다.

이 라디칼은 일반적인 산화제로는 분해되지 않는 난분해성 물질까지 분해할 수 있어 폐수처리의 고도처리 단계에서 활용된다.

퇴비화 미생물의 최적 생육 pH는 중성에 가까운 범위로 알려져 있어, 4.0~6.0이라는 설명은 옳지 않다.

• 원료의 최적 함수율은 50~60% 정도로 관리한다.
• C/N비가 너무 낮으면 유기질소가 암모니아로 변환되어 악취가 발생한다.
• 입도가 너무 작으면 퇴비더미 내 공극이 줄어 통기성이 떨어지고 미생물 활성이 저해된다.

혐기성 소화는 유기물 중 탄소 성분이 미생물에 의해 분해되어 메탄과 이산화탄소로 전환되는 과정이므로, 탄소함량이 높을수록 발생 가스량이 많아진다.

반면 질소·인 등은 가스 생성에 직접 기여하기보다 미생물 영양원이나 저해인자로 작용하는 경우가 많다.

고형물 함량을 기준으로 폐기물을 구분할 때, 반고상폐기물은 고형물 함량이 5% 이상 15% 미만인 경우에 해당한다.

고형물 함량이 5% 미만이면 액상폐기물로, 15% 이상이면 고상폐기물로 분류된다.

폐기물을 파쇄하면 표면적이 늘어나 오히려 미생물 분해(부식)가 촉진되는 경향이 있으므로, 부식효과를 억제하는 것은 파쇄의 목적이라 볼 수 없다.

• 파쇄는 입자 크기를 균일화해 겉보기 비중을 증가시켜 부피를 줄이는 데 도움이 된다.
• 크기가 작아지면 금속·유리 등 특정 성분의 분리가 쉬워진다.
• 고체물질 간의 혼합이 균일해져 이후 처리 공정의 효율을 높인다.

유동층 소각로의 충진물(주로 모래)은 고온에서도 화학반응을 일으키지 않도록 화학적으로 안정(비활성)해야 하고, 녹아 붙지 않도록 융점이 높아야 하므로, 활성이 강하고 융점이 낮아야 한다는 설명은 옳지 않다.

• 소각로 바닥에서 뜨겁거나 상온의 공기를 불어넣어 유동층을 형성시켜 소각한다.
• 가열된 유동층에 폐기물을 연속적으로 투입해 연소시키는 방식이다.
• 덩어리진 폐기물은 유동층 내 균일한 연소를 위해 투입 전 파쇄해야 한다.

소각로의 설계 기준이 되는 발열량은 저위발열량이다.

실제 연소 과정에서는 연소가스 중 수분이 응축되지 않고 수증기 상태로 배출되므로, 수증기의 잠열을 포함하지 않는 저위발열량이 실제 소각 조건을 더 잘 반영하기 때문이다.

용적감소율 80%에 해당하는 압축비는 5이다.

용적감소율과 압축비의 관계식은 $VR = \left(1-\dfrac{1}{CR}\right) \times 100$이므로, $0.8 = 1-\dfrac{1}{CR}$을 풀면 $CR = \dfrac{1}{0.2} = 5$가 된다.

퇴비화 과정에서 리그닌은 방향족 고리 구조로 이루어져 있어 미생물이 분해하기 가장 어려운 물질에 속한다.

반면 아미노산, 글루코오스, 탄수화물 같은 물질은 미생물이 비교적 쉽게 이용할 수 있어 분해 속도가 빠르다.

소각의 완전연소 조건인 3T는 시간(Time)-온도(Temperature)-혼합(Turbulence)을 가리킨다.

충분한 체류시간과 높은 연소온도, 그리고 연소용 공기와 가연물의 원활한 혼합이 갖추어져야 유해가스 발생 없이 완전연소가 이루어진다.

필요한 화격자의 면적은 약 4.69 m²이다.

하루 8시간 운전 기준 시간당 처리량은 $\dfrac{15{,}000\ \mathrm{kg/day}}{8\ \mathrm{hr/day}} = 1{,}875\ \mathrm{kg/hr}$이고, 소각능력 400 kg/m²·hr로 나누면 $\dfrac{1{,}875}{400} \approx 4.69\ \mathrm{m^2}$가 된다.

중력과 탄도학적 원리를 이용해 가볍고 무거운 폐기물을 분리하는 방법은 관성 선별이다.

투사된 폐기물이 무게와 형태에 따라 서로 다른 낙하 궤적을 그리는 점을 이용해 가벼운 것과 무거운 것을 나누어 회수한다.

1인 1일 쓰레기 발생량은 약 1.29 kg/인·일이다.

1주일 수거량을 무게로 환산하면 $9{,}000\ \mathrm{m^3} \times 0.5\ \mathrm{ton/m^3} = 4{,}500\ \mathrm{ton}$, 즉 4,500,000 kg이고, 이를 7일과 인구 500,000명으로 나누면 $\dfrac{4{,}500{,}000}{7 \times 500{,}000} \approx 1.29$ kg/인·일이 된다.

파쇄 장치는 작용하는 힘의 종류에 따라 전단식·충격식·압축식 등으로 분류한다.

임호프(Imhoff)는 폐수처리에서 침전과 소화를 겸하는 탱크의 이름이며, 파쇄기의 분류 명칭으로는 쓰이지 않는다.

적환장은 수거지역의 무게중심에 가깝고 간선도로에 근접한 곳에 설치해야 수송이 효율적이다.

• 주요 간선도로에서 멀리 떨어진 곳은 수거차량의 이동 거리와 시간을 늘려 오히려 부적합한 입지다.

환경피해가 적고 설치·운영비가 경제적인 곳이라는 조건은 타당한 입지 기준이다.

탄소의 연소 반응식은 $\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}$이며, 몰질량비로 탄소 12kg당 산소 32kg이 필요하다.

$1\ \mathrm{kg\ C} \times \dfrac{32}{12} = 2.7\ \mathrm{kg\ O_2}$이므로 이론 산소량은 약 2.7kg이다.

수증기를 액상폐기물에 직접 접촉·압축시켜 휘발성분을 기화시킨 뒤 분리하는 공정은 증기 탈기(steam stripping)이다.

• 가압 부상은 미세기포로 입자를 띄워 분리하는 물리적 처리법으로 휘발성분 제거와는 무관하다.
• 증발 농축은 수분을 증발시켜 농도를 높이는 공정으로 휘발성분 선택적 분리가 목적이 아니다.
• 공기 탈기는 수증기가 아닌 공기를 이용하는 방식으로, 고농도 휘발성 액상폐기물 처리에는 상대적으로 효율이 낮다.

적환장은 수집차량의 용량이 작을 때, 처분지가 수집 장소에서 비교적 멀리 떨어져 있을 때, 저밀도 거주지역이나 불법투기가 잦아 수거 효율이 낮은 지역에서 수송 효율을 높이기 위해 설치한다.

상업지역에서 대형 용기(컨테이너)를 사용하는 경우는 한 번에 많은 양을 실어 나를 수 있어 오히려 적환의 필요성을 줄이는 요인이다. 적환장이 필요해지는 쪽은 소형 용기를 많이 사용하는 경우다.

슬러지를 농축하면 부피가 줄어 약품비·소화조 부피·탈수시설 규모가 모두 절감되는 이점이 있다.

다만 농축은 슬러지 내 미생물과 양분의 접촉을 촉진시켜 후속 소화 효율을 높이는 방향으로 작용하므로, 접촉을 억제한다는 설명은 이점의 원리와 반대다.

처음에는 중력으로 자연 탈수시키고, 이후 롤러가 구동하는 여과포 사이의 압착력으로 전단·압축탈수가 연속적으로 진행되는 방식은 벨트프레스 탈수기의 작동 원리다.

• 원심분리는 회전에 의한 원심력으로 고액을 분리하는 방식이다.
• 진공여과는 진공압으로 여액을 흡인해 탈수하는 방식이다.
• 가열건조는 열로 수분을 증발시키는 건조 공정으로, 압착에 의한 기계적 탈수와는 다르다.

음향출력레벨은 $\mathrm{PWL} = 10\log\dfrac{W}{10^{-12}}$로 구하며, 주어진 거리 감쇠식에 대입해 SPL을 계산한다.

$\mathrm{PWL} = 10\log(0.14 \times 10^{12}) \approx 111.5\ \mathrm{dB}$

$\mathrm{SPL} = \mathrm{PWL} - 20\log(65) - 11 \approx 111.5 - 36.3 - 11 \approx 64\ \mathrm{dB}$

계산값은 보기 중 63dB에 가장 근접한다.

음압레벨은 $\mathrm{SPL} = 20\log\dfrac{P_2}{P_1}$로 정의되므로, 음압이 10배가 되면 $20\log(10) = 20$, 즉 20dB 증가한다.

소음은 스트레스 반응을 유발해 혈중 아드레날린 농도를 증가시키는 방향으로 작용하며, 이를 저하시킨다는 설명은 실제 생리반응과 반대다.

노인성 난청은 고주파음(6000Hz)에서, 소음성 영구 청력손실은 4000Hz 부근에서 먼저 나타난다는 설명은 타당하다.

소음은 가축의 산란율·부화율·우유 생산량 저하 등 축산에도 부정적 영향을 준다.