05년 2회차

폐수의 유속을 조절해 모래·자갈·쇠붙이 같은 비부패성 무기물을 가라앉혀 제거하는 장치는 침사지이다.

스크린은 조대 협잡물을 물리적으로 걸러내는 장치이고, 침전지는 유기성 부유물을, 부상조는 비중이 작은 유분·부유물을 부상시켜 제거하는 장치로 목적이 다르다.

건조 전후 고형물의 양은 일정하다는 조건으로 부피를 구한다.

$300\ \mathrm{m^3} \times (1-0.98) = V \times (1-0.50)$에서 $6 = 0.5\,V$이므로 $V = 12\ \mathrm{m^3}$이다.

따라서 건조 후 분뇨의 부피는 12m³이다.

철금속류만을 선택적으로 회수하는 데 가장 효과적인 방법은 자석을 이용해 자성체를 끌어당기는 자력선별이다.

풍력선별은 비중 차이를, 스크리닝은 입도 차이를, 광학선별은 색상·반사 특성을 이용하는 방법으로 철금속 회수에 특화되어 있지 않다.

폐기물 시료의 축소법으로는 구획법·교호삽법·원추4분법 등이 표준적으로 쓰이며, 평판법은 이에 해당하지 않는다.

구획법은 시료를 일정 구획으로 나누어 임의로 선택하는 방법이고, 교호삽법과 원추4분법은 시료를 원추형으로 쌓고 나누기를 반복해 대표시료를 축소하는 방법이다.

집진효율은 입구와 출구 농도의 차이를 입구 농도로 나누어 구한다.

$\eta = \dfrac{200-25}{200}\times 100 = 87.5\%$이므로, 이 집진장치의 집진효율은 87.5%이다.

생물학적 산소요구량(BOD)은 표준적으로 20℃에서 5일간 배양한 뒤 용존산소 소모량으로 측정한다.

이는 BOD₅ 측정법의 표준 배양조건으로 국내외 공정시험기준에서 공통으로 채택하고 있다.

런던형 스모그는 야간~이른 아침에 지표 부근 기온이 낮아지며 형성되는 복사역전에 의한 것으로, 침강역전은 로스앤젤레스(LA)형 광화학스모그의 특징이다.

따라서 침강역전 형태라는 설명은 틀린 것이며, 발생시간이 이른 아침이라는 것, 1차 오염물질에 의한 오염이라는 것, 시정거리가 100m 이하로 짧고 바람이 거의 없다는 것은 모두 런던형 스모그의 특징으로 옳다.

연소실에 공급되는 공기의 과잉율이 커지면 연소가스량이 늘어나면서 배가스와 함께 빠져나가는 현열이 증가해 열손실이 커진다.

또한 과잉 공기로 연소가스가 희석되므로 연소실 온도는 오히려 낮아지고, 배출가스 중 오염물 농도도 희석되어 낮아지며, 산소가 충분해 불완전연소에 의한 CO 발생은 감소하는 경향을 보인다.

폐기물 발생량을 원천적으로 줄이는 방법은 발생 단계 자체에서 폐기물 양을 줄이는 감량화(발생억제)이며, 소각·중간처리·최종처분은 이미 발생한 폐기물을 처리하는 사후 단계에 해당한다.

시험동물에 유해물질을 투여했을 때 50%가 사망하는 양(치사량)을 나타내는 지표는 LD50(반수치사량)이다.

RC50이나 TLM은 흡입·수생독성 관련 지표로 노출 농도를 기준으로 하는 반면, LD50은 체중당 투여량을 기준으로 한다.

침강실을 이용하는 중력집진장치는 입자가 중력만으로 가라앉아야 하므로 함진가스의 처리유속을 가장 낮게 유지해야 효율을 확보할 수 있다.

원심력집진장치나 세정집진장치는 원심력·관성력을 활용하기 위해 상대적으로 높은 유속으로 운전된다.

하수의 살균에는 염소처리, 오존처리, 이산화염소처리가 일반적으로 사용되며, 과황산처리는 하수 살균법으로 쓰이지 않는다.

화학적 방법에 의한 인(P) 제거는 주로 알루미늄염(명반 등)을 이용한 응결·침전으로 인산염을 불용성 화합물로 만들어 제거하는 방식이다.

이온교환법·암모니아 탈기법·불연속점염소처리법은 주로 질소(N) 계열 오염물질을 제거하는 방법으로, 인 제거와는 대상이 다르다.

슬러지 처리는 농축→안정화→개량→탈수→건조→소각→매립 순서로 진행되는 것이 표준 계통도이다.

농축으로 함수율을 낮춘 뒤 소화 등으로 안정화시키고, 탈수 효율을 높이기 위해 약품 등으로 개량(컨디셔닝) 과정을 거친 다음 탈수·건조·소각·매립의 순서로 최종 처분한다.

여과집진장치의 탈진 방식에는 진동형, 역기류형, 충격기류형 등이 있으며, 여과포에 부착된 분진을 털어내는 이러한 방식들이 표준적으로 사용된다.

충진형은 충전탑처럼 내부에 충전물을 채워 넣은 장치 형식을 가리키는 말이어서, 부착 분진을 털어내는 탈진 방식의 분류에는 해당하지 않는다.

소음은 처리 후 별도의 부산물이 남지 않는 공해로, 대책 후 반드시 처리할 물질이 발생한다는 설명은 소음의 특징과 맞지 않는다.

소음은 사람의 감각에 의해 느껴지는 감각공해이며, 대기·수질 오염처럼 누적되지 않는 비축적성, 발생원 주변에 한정되는 국소·다발적 특성을 가진다.

메탄($\mathrm{CH_4}$)의 완전연소 반응식은 $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$이므로, $\mathrm{CH_4}$ 1$\mathrm{m^3}$당 필요한 이론산소량은 2$\mathrm{m^3}$이다.

공기 중 산소 비율을 21%로 보면 이론공기량은 $A_o = \dfrac{O_o}{0.21} = \dfrac{2}{0.21} \approx 9.52\,\mathrm{m^3}$로 계산되어, 이론공기량은 약 9.52$\mathrm{m^3}$이다.

정상적으로 운영되는 혐기성 소화조에서는 유기물이 분해되면서 주로 메탄($\mathrm{CH_4}$)과 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)가 발생한다.

혐기성 소화가스는 이 두 성분이 대부분을 차지하며, 메탄 비율이 높을수록 소화가 안정적으로 진행되고 있음을 나타낸다.

대장균군은 그 자체의 독성보다는 수인성 병원균에 의한 오염 가능성을 간접적으로 알려주는 지표로서 검사한다.

대장균군은 병원성 세균과 함께 존재하는 경우가 많고 검출이 비교적 쉬워, 분변 오염 여부와 병원균 오염 가능성을 판단하는 대표적인 위생지표로 활용된다.

수산화나트륨은 응집이 아니라 pH 조정에 주로 사용되는 약품으로, 폐수의 화학적 처리에서 응집제로 분류되지 않는다.

• PAC는 대표적인 무기고분자 응집제이다.
• 황산제1철은 철염계 응집제로 사용된다.
• 황산알루미늄(황산반토)은 가장 널리 쓰이는 알루미늄계 응집제이다.

응집 효과는 주로 폐수의 pH, 농도, 응집제 첨가량에 크게 좌우되며, 용존산소량(DO)은 응집 반응 자체와는 직접적인 관계가 적다.

응집은 콜로이드 입자의 전하 중화와 플록 형성 과정이므로 산소 농도보다는 수소이온농도와 응집제 주입조건이 핵심 변수가 된다.

수거 빈도가 잦아지면 용기가 자주 비워져 오히려 배출이 쉬워지므로 발생량은 감소하지 않고 증가하는 경향을 보인다.

기후, 쓰레기통 크기, 주민의 연령·교육수준·경제능력 등은 실제로 쓰레기 발생량에 영향을 미치는 요인으로 알려져 있다.

체적감소율($VR$)이 80%이므로 압축 후 부피는 원래의 20%가 되고, 압축비는 그 역수로 계산된다.

$CR = \dfrac{1}{1-VR} = \dfrac{1}{1-0.8} = \dfrac{1}{0.2} = 5.0$

따라서 압축비는 5.0이다.

대류권에서 고도가 높아질수록 기온이 오히려 상승하는 현상을 역전현상(기온역전)이라 한다.

정상적인 대류권 기온 분포와 반대이므로 대기가 안정되어 오염물질이 확산되지 못하고 정체되는 원인이 된다.

1일 총 쓰레기 발생량은 $10{,}000 \times 1.2\,\mathrm{kg} = 12{,}000\,\mathrm{kg} = 12\,\mathrm{ton}$이며, 이틀에 한 번 수거하므로 한 번에 처리해야 하는 양은 $12 \times 2 = 24\,\mathrm{ton}$이다.

4.5톤 용량 콘테이너로 나누면 $\dfrac{24}{4.5} \approx 5.33$이므로 소수점을 올림하여 콘테이너는 6개가 필요하다.

전기집진장치의 집진극은 압력손실이 가능한 한 작아야 하므로, 압력손실이 크게 설계되어야 한다는 설명은 집진극의 조건과 어긋난다.

집진극은 부착된 먼지를 털어내기 쉽고 열·부식성 가스에 강한 기계적 강도를 가져야 하며, 전기장 강도가 균일하게 분포하도록 안정되어야 한다.

음의 세기 레벨(SIL)은 $SIL = 10\log_{10}\left(\dfrac{I}{I_0}\right)$로 구하며, 기준음의 세기는 $I_0 = 10^{-12}\,\mathrm{W/m^2}$이다.

$SIL = 10\log_{10}\left(\dfrac{10^{-6}}{10^{-12}}\right) = 10\log_{10}(10^{6}) = 60$

따라서 음의 세기 레벨은 60dB이다.

방음형 소음기라는 명칭의 소음기 종류는 존재하지 않아, 소음 대책에 사용되는 소음기 분류에 해당하지 않는다.

• 팽창형 소음기는 관 단면을 확대해 음파를 반사·간섭시켜 감음한다.
• 공명형 소음기는 공명실을 이용해 특정 주파수 대역을 흡수한다.
• 간섭형 소음기는 음파의 위상차를 이용해 상쇄간섭을 일으킨다.

표준상태(0℃, 760mmHg)로 환산할 때는 보일-샤를의 법칙을 적용한다.

$V_2 = V_1 \times \dfrac{P_1}{P_2} \times \dfrac{T_2}{T_1} = 100 \times \dfrac{740}{760} \times \dfrac{273}{293} \approx 90.72\,\mathrm{L}$

따라서 표준상태로 환산한 부피는 약 90.72L이다.

제시된 집진장치 중에서는 전기집진장치가 일반적으로 집진효율이 가장 우수하다.

전기집진장치는 코로나 방전으로 분진을 하전시켜 집진극에 포집하는 방식으로, 미세입자까지 높은 효율로 포집할 수 있어 사이클론·중력·원심력집진장치보다 효율이 높다.

갱내안전등은 광산 작업자의 안전을 위한 조명 장비로, 광산 개발에 따른 환경피해(광해) 요인으로 보기 어렵다.

• 갱내수는 광산 배수로 인한 수질오염 요인이다.
• 폐석집적장은 폐석 적치로 인한 토지·경관 훼손 요인이다.
• 지표침강은 채굴에 따른 지반 침하 피해이다.

먼지의 부착이나 재로 인한 폐쇄는 유로를 좁혀 오히려 압력손실을 증가시키는 원인이며, 압력손실이 감소하면서 집진율이 떨어지는 경우와는 반대되는 현상이다.

• 마모·부식으로 구멍이 생기면 함진가스가 새어 나가 압력손실과 집진율이 함께 낮아진다.
• 공기가 새어 들어가면 원심력이 약해져 압력손실과 집진율이 낮아진다.
• 팬이 마모되면 처리풍량과 압력이 낮아져 집진율도 떨어진다.

부상 분리는 기포를 이용해 부유·유분 물질을 물리적으로 떠오르게 하는 처리법으로, 화학반응을 이용하는 화학적 처리로 분류되지 않는다.

산화 제거, 오존 살균, 화학 침전은 모두 화학반응(산화·소독·침전제 반응)을 이용하는 화학적 처리에 해당한다.

광화학 스모그는 자동차 배기가스 등에서 나온 질소산화물과 탄화수소가 강한 자외선을 받아 광화학 반응을 일으켜 생성된다.

주로 햇빛이 강한 대도시 지역에서 발생하며, 스모그로 인해 가시거리가 짧아지는 특징을 보인다.

부유물질의 침전속도는 스토크스 법칙에 따라 폐수의 점도가 클수록 감소한다.

반대로 입자 크기나 밀도가 크고, 폐수와 입자의 밀도차가 클수록 침전속도는 오히려 빨라진다.

호기성 미생물이 유기물질을 분해할 때 최종적으로 생성되는 물질은 이산화탄소($\mathrm{CO_2}$)와 물($\mathrm{H_2O}$)이다.

산소를 이용해 유기물을 완전산화시키는 과정이므로, 황화수소나 메탄과 같은 혐기성 분해 산물은 생성되지 않는다.

활성탄 흡착은 주로 색도·냄새·탁도 등 유기성 물질 제거에 효과적이지만, 기름성분은 활성탄의 미세공극을 막아 흡착 효율을 떨어뜨리므로 제거 대상으로 적합하지 않다.

따라서 활성탄으로 제거하기 가장 어려운 것은 기름성분이다.

슬러지 팽화(벌킹) 현상은 활성슬러지법의 대표적인 운영 문제로, 살수여상법의 특징으로 보기 어렵다.

살수여상법은 여재 표면에 발육한 생물막의 작용으로 폐수를 처리하며, 생물막이 탈리되면 여상에 물이 고이는 현상(ponding)이 나타날 수 있고 유지관리비가 비교적 적게 든다는 장점이 있다.

건조한 대기의 부피 농도 순서는 $\mathrm{N_2}$ > $\mathrm{O_2}$ > Ar > $\mathrm{CO_2}$ > Ne 순이다.

질소와 산소가 대기의 대부분을 차지하고, 그 뒤를 미량 성분인 아르곤·이산화탄소·네온이 이 순서로 뒤따른다.

완전연소가 되려면 충분한 체류시간이 필요하며, 체류시간이 짧아야 한다는 설명은 완전연소 조건과 반대된다.

연소온도를 충분히 높게 유지하고, 공기 공급이 충분하며 연료와 공기가 잘 혼합될수록 완전연소에 유리하다.

파쇄의 주된 목적은 겉보기 밀도 증가, 퇴비화 분해효과 촉진, 비표면적 증가를 통한 연소효과 촉진 등이며, 폐기물의 탈수 용이성 확보는 파쇄의 일반적인 목적으로 보기 어렵다.

탈수는 별도의 탈수 공정에서 함수율을 낮추는 과정으로, 잘게 부수어 균질화하는 파쇄와는 목적이 다르다.

집진장치를 선정할 때는 분진의 특성, 가스의 온도, 집진효율 등을 주로 고려하며, 외기온도는 집진장치 선정의 직접적인 고려 요소로 보기 어렵다.

분진의 입경·비저항 같은 성상, 처리해야 할 가스의 온도 조건, 요구되는 집진효율이 장치 형식을 결정하는 핵심 변수이다.

미생물량과 유입 유기물량의 관계를 나타내는 지표는 F/M비(식/미생물비)이다.

F/M비는 폭기조 내 미생물(MLSS)량 대비 공급되는 유기물(BOD)량의 비율로, 활성슬러지 공정의 운전관리에 중요한 지표로 쓰인다.

배기가스량 $2{,}000\,\mathrm{Sm^3/hr}$에 $\mathrm{SO_2}$ 농도 500ppm을 곱하고 1일(24시간) 가동을 적용하면 1일 $\mathrm{SO_2}$ 발생 부피를 구할 수 있다.

$V = 2{,}000 \times 500\times10^{-6} \times 24 = 24\,\mathrm{Sm^3/day}$

표준상태에서 기체 1몰의 부피는 $22.4\,\mathrm{L}$이고 $\mathrm{SO_2}$의 분자량은 64이므로, $24\,\mathrm{m^3} \times \dfrac{64}{22.4}\,\mathrm{kg/m^3} \approx 68.57\,\mathrm{kg/day}$로 계산된다.

따라서 1일 $\mathrm{SO_2}$ 배출량은 약 68.57kg이다.

굴뚝의 유효고란 굴뚝의 실제 높이에 배출된 연기가 대기 중으로 상승한 높이를 더한 값을 의미한다.

배출가스가 굴뚝을 빠져나온 뒤에도 부력과 운동량에 의해 일정 높이만큼 더 상승하므로, 실제 오염물질의 확산 기점은 굴뚝 높이보다 이 상승분만큼 더 높은 지점이 된다.

음압레벨(SPL)은 $SPL = 20\log_{10}\left(\dfrac{P}{P_0}\right)$로 구하며, 기준음압은 $P_0 = 2\times10^{-5}\,\mathrm{Pa}$이다.

$SPL = 20\log_{10}\left(\dfrac{1}{2\times10^{-5}}\right) = 20\log_{10}(50{,}000) \approx 94$

따라서 음압레벨은 약 94dB이다.

음파는 매질의 진동방향과 파동의 진행방향이 같은 종파이고, 지진파에는 종파인 P파와 횡파인 S파가 함께 존재한다. 따라서 지진파와 음파를 모두 횡파라고 설명한 것은 틀렸다.

종파(소밀파)는 진행방향과 진동방향이 서로 평행한 파동으로, 음파가 그 대표적인 예이다.

퇴비화의 숙성(부숙) 정도를 나타내는 대표적인 지표는 C/N비이다.

퇴비화가 진행되면서 유기물 중 탄소가 분해되어 C/N비가 낮아지므로, 이 값의 변화로 부숙 진행 정도를 판단할 수 있다.

이산화탄소가 온실효과를 유발하는 가장 주된 온실가스이다.

대기 중 농도가 다른 온실가스보다 월등히 높고 화석연료 연소로 계속 배출되기 때문에 지구온난화에 가장 큰 영향을 미친다.

• 프레온가스는 온실효과가 크지만 대기 중 농도가 매우 낮아 전체 기여도는 이산화탄소보다 작다.
• 이산화질소와 일산화탄소는 대표적인 온실가스로 분류되지 않는다.

세정식 집진장치는 액적으로 입자상 물질을 포집함과 동시에 가스상 오염물질을 액상에 흡수시킬 수 있어 두 오염물질을 함께 처리할 수 있다.

• 원심력식·여과식·전기식 집진장치는 입자상 물질 제거에 특화되어 있으며 가스상 물질은 제거하지 못한다.

RDF(Refuse Derived Fuel)는 가연성 폐기물을 선별·파쇄·성형하여 만든 개질고체연료를 의미한다.

폐기물의 발열량과 균질성을 높여 보일러 등에서 화석연료를 대체하는 고체연료로 사용하기 위한 것이다.

고위발열량과 저위발열량의 차이는 연소 시 생성되는 수분의 응축열(잠열)이다.

고위발열량은 연소가스 중 수증기가 응축되면서 방출하는 잠열까지 포함하지만, 저위발열량은 이 잠열을 제외한 값이다.

폐기물 발생량을 측정하는 대표적 방법은 직접 계근법, 차량(적재) 계수법, 물질수지법 등으로 분류된다.

"간접 측정법"은 이러한 표준 분류에 속하지 않는 항목이므로 발생량 측정 방법으로 보기 어렵다.

폐기물 수거노선은 가능한 한 한 번 지나간 길은 다시 지나가지 않도록 계획하는 것이 원칙이다.

노선을 반복 통과시키면 수거 효율이 떨어지므로, "가능한 한 같은 길을 통과한다"는 원칙과 반대되는 설명이다.

• 교통체증이 심한 도로를 피하는 것은 타당한 고려사항이다.
• 경제성을 고려해 노선을 정하는 것도 바른 고려사항이다.
• 안전을 위해 경사도로는 내려가면서 수거하는 것이 원칙에 부합한다.

산성비는 일반적으로 pH 5.6 이하인 빗물을 말하며, pH 7 이하를 기준으로 하지 않는다.

pH 7은 중성이므로 이를 산성비의 기준으로 제시한 설명은 옳지 않다.

• 산성비가 구조물을 부식·변색시킨다는 설명은 타당하다.
• 해풍이나 화산활동처럼 자연적 요인도 산성비 원인이 될 수 있다는 설명은 타당하다.
• 화석연료 연소로 생긴 황산화물·질소산화물이 빗물에 녹아 내린다는 설명은 산성비의 정의에 부합한다.

환경대기 중 비산먼지 측정에는 대용량의 공기를 여과지에 통과시켜 채취하는 하이볼륨에어샘플러가 가장 적합하다.

• 스택샘플러는 굴뚝 등 배출원의 가스를 채취하는 기기이다.
• 핸디샘플러는 소용량·간이 측정용으로 정밀한 비산먼지 측정에는 부적합하다.
• 분광광도계는 채취된 시료의 성분 농도를 분석하는 기기이지 채취기기가 아니다.

관의 단면적과 유량으로부터 구한 유속은 약 4.24 m/sec이다.

$A = \dfrac{\pi}{4}D^2 = \dfrac{\pi}{4}\times(0.3\,\mathrm{m})^2 \approx 0.0707\,\mathrm{m^2}$

$V = \dfrac{Q}{A} = \dfrac{0.3\,\mathrm{m^3/sec}}{0.0707\,\mathrm{m^2}} \approx 4.24\,\mathrm{m/sec}$

침전지의 제거 효율을 높이려면 입자가 충분히 가라앉을 시간을 확보하도록 유속을 작게 해야 한다.

유속을 크게 하면 체류시간이 줄고 침전된 입자가 재부상할 위험이 커져 효율이 오히려 떨어진다.

• 표면적을 크게 하는 것은 침전 효율 향상에 도움이 된다.
• 입자의 지름과 응결성을 키우는 것도 침강속도를 높여 효율에 유리하다.
• 체류시간을 길게 하는 것도 침전 효율을 높이는 방향이다.