03년 1회차

링겔만 차트는 굴뚝에서 배출되는 매연의 농도(검댕 정도)를 눈으로 비교해 등급을 매기는 매연측정 도구이다.

오존 검출, 부유분진 농도측정, 질소산화물 성분분석과는 직접적인 관련이 없다.

흡착은 활성탄 등 흡착제 표면에 오염물질을 붙잡아 제거하는 방법으로 주로 가스상 오염물질 처리에 쓰이므로, 입자상물질을 포집하는 집진장치의 종류로는 분류되지 않는다.

중력집진장치, 세정집진장치, 여과집진장치는 모두 입자상물질을 물리적으로 포집하는 일반적인 집진장치 종류이다.

수소화탈황법은 배출된 배기가스를 처리하는 방법이 아니라, 연료를 연소시키기 전에 연료 속 황성분을 수소와 반응시켜 제거하는 연소 전 처리(전처리) 공정이다.

석회석에 의한 흡수법, 활성탄에 의한 흡착법, 산화마그네슘에 의한 흡습법은 모두 연소 후 배기가스 중의 황산화물을 직접 제거하는 배연탈황법에 해당한다.

유효고(유효굴뚝높이)는 실제 굴뚝의 물리적 높이에, 배출된 연기가 부력과 운동량으로 더 상승하는 연기의 수직상승 높이를 더한 값을 말한다.

단순히 지상에서 굴뚝 끝까지의 높이나 대기 안정층까지의 높이만을 가리키는 것이 아니라, 굴뚝높이에 연기상승고를 합산한 개념이다.

연료가 산소 공급 부족 등으로 불완전연소되면 탄소가 이산화탄소까지 완전히 산화되지 못하고 일산화탄소(CO)로 남게 된다.

SO₂, NO₂, H₂O는 각각 황산화물·질소산화물·수분 발생과 관련된 것으로, 불완전연소의 대표 생성물과는 성격이 다르다.

여과포가 찢어지면 먼지가 여과되지 않고 그대로 빠져나가므로 출구의 먼지농도가 증가하고, 동시에 공기가 여과포를 거치지 않고 파손 부위로 새어 나가 저항이 줄어들면서 압력손실(압력강하)이 낮아진다.

이는 송풍기 전류 상승이나 집진효율 증가와는 반대되는 현상으로, 파손 시 오히려 집진효율은 떨어진다.

대류권 대기의 부피 조성비는 질소 : 산소 : 기타물질이 대략 78 : 21 : 1의 비율로 존재한다.

이는 표준 공기조성 값으로, 다른 보기의 비율들은 실제 조성비와 맞지 않는다.

시안화수소, 석면, 염화비닐은 대기환경보전법령상 사람의 건강이나 동식물에 위해를 줄 수 있어 관리되는 특정대기유해물질로 지정되어 있다.

반면 브롬화합물은 이 목록에 포함되지 않는 물질로, 나머지 셋과 성격이 다르다.

사이클론의 분리계수(Sc)는 원심력과 중력의 비로 $Sc = \dfrac{v^2}{r \cdot g}$로 구하며, v는 유입가스의 접선방향 속도, r은 회전반경, g는 중력가속도($9.8\ \mathrm{m/s^2}$)이다.

반지름 $r=0.16\ \mathrm{m}$, 속도 $v=3\ \mathrm{m/s}$를 대입하면 $Sc = \dfrac{3^2}{0.16 \times 9.8} = \dfrac{9}{1.568} \approx 5.74$가 된다.

관성력 집진장치는 출구 가스속도를 느리게 해야 분리된 입자가 dust box로 잘 가라앉아 효율이 높아진다. 출구 가스속도를 높이면 오히려 입자가 재비산되어 효율이 떨어지므로, 이 조건은 효율향상 조건과 반대된다.

기류의 전환 횟수를 늘리고 방향전환 각도를 작게 하며, dust box를 적당한 형상·크기로 두는 것은 모두 효율을 높이는 조건이다.

표준대기압 $1\,\mathrm{atm}$은 $760\,\mathrm{mmHg}$, $1{,}013\,\mathrm{mbar}$와 같고, SI단위로 환산하면 $101{,}300\ \mathrm{N/m^2}$(약 101.3kPa)에 해당한다.

따라서 $1.013\ \mathrm{N/m^2}$는 실제 1기압의 약 10만 분의 1에 불과한 값으로, 나머지 셋과 크기가 다른 압력이다.

PM10은 공기역학적 직경이 10㎛보다 작은(미만인) 먼지 입자를 가리키는 대기환경기준 항목이다.

가스 상태의 물질을 가리키는 것이 아니며, 직경이 10㎛ 이상인 입자를 뜻하는 것도 아니다.

질소산화물을 촉매환원법으로 처리하면 암모니아 등 환원제와 촉매 반응을 거쳐 질소(N₂)로 환원되어 무해한 형태로 배출된다.

산소, 탄화수소, 이산화질소는 이 반응의 최종 환원 생성물이 아니다.

NO₂ 50g의 몰수는 분자량 46을 이용해 $n = \dfrac{50}{46} \approx 1.087\ \mathrm{mol}$이며, 0℃·1atm(표준상태) 부피로 환산하면 $1.087 \times 22.4 \approx 24.35\ \mathrm{L}$이다.

이를 35℃(308K), 750mmHg 조건으로 보정하면 $V = 24.35 \times \dfrac{308}{273} \times \dfrac{760}{750} \approx 27.8\ \mathrm{L}$가 된다.

포기조로 반송되는 슬러지는 포기조 내 미생물 농도, 즉 MLSS(혼합액 부유물질) 농도를 일정하게 유지하기 위한 것이 주된 목적이다.

영양물질 공급이나 pH 조절, DO 조절은 슬러지 반송의 직접적인 목적이 아니다.

응집 공정에서 완속교반은 응집제로 미세하게 뭉친 입자들을 서서히 부딪히게 하여 크고 무거운 플록(floc)을 형성시키는 것이 주된 목적이다.

입자를 미세하게 하거나 응집제를 확산·접촉시키는 것은 오히려 응집제 투입 직후의 급속교반 단계에서 이뤄지는 역할이다.

COD(화학적 산소요구량)는 산화제를 이용해 화학적으로 산화되는 유기물량을 나타내는 지표로, 미생물이 분해하는 유기물량을 나타내는 생화학적 산소요구량(BOD)과는 구분된다.

pH, SS, DO에 대한 설명은 각각 산·알칼리 정도, 부유물질량, 용존산소량으로 옳게 서술되어 있다.

시약 표기에서 (1+2)는 원액 1 부피에 물 2 부피를 더해 혼합한 용액을 의미하며, 전체 부피를 특정 값으로 맞추는 희석 표기와는 다르다.

따라서 황산(1+2)는 황산 1ml에 물 2ml를 섞은 용액을 뜻한다.

BOD 제거율은 $\dfrac{\text{유입 BOD} - \text{유출 BOD}}{\text{유입 BOD}} \times 100$으로 구한다.

유입 250ppm, 유출 50ppm을 대입하면 $\dfrac{250-50}{250} \times 100 = 80\ \%$가 된다.

살수여상법은 미생물이 부착된 여재(쇄석·플라스틱 등) 위로 폐수를 살수해 처리하는 부착생물법으로, 미생물을 부유 상태로 유지하는 활성슬러지법 계통과는 별개의 처리법이다.

계단식 포기법, 접촉안정법, 장시간 포기법은 모두 표준 활성슬러지법을 운전방식에 따라 변형한 활성슬러지법의 변법에 해당한다.

F/M비는 포기조 내 미생물량 대비 공급되는 먹이(유기물)량의 비로, $F/M = \dfrac{Q \times \mathrm{BOD}}{V \times \mathrm{MLVSS}}$로 계산한다. 여기서 Q는 1일 유입량, V는 포기조 용량이다.

즉 분자는 하루에 공급되는 BOD 부하량(1일 유입량×유입수 BOD농도)이고, 분모는 포기조에 존재하는 미생물량(MLVSS농도×포기조 용량)이다.

소금물의 농도는 20,000mg/L이다.

소금 2g은 2,000mg이고, 소금물의 부피는 100mL, 즉 0.1L이다.

$\dfrac{2{,}000\ \mathrm{mg}}{0.1\ \mathrm{L}} = 20{,}000\ \mathrm{mg/L}$

침전지의 월류속도(표면부하율)는 약 42.0 m³/m²·d이다.

월류속도는 유입유량을 침전지 표면적으로 나눈 값으로 구한다.

원형 침전지의 표면적은 $A=\dfrac{\pi D^2}{4}=\dfrac{\pi \times 24^2}{4} \approx 452.4\ \mathrm{m^2}$이다.

$\dfrac{1.9\times10^4\ \mathrm{m^3/day}}{452.4\ \mathrm{m^2}} \approx 42.0\ \mathrm{m^3/m^2\cdot d}$

약품혼화조로 유입되는 폐수의 유량은 6L/s이다.

혼화조의 용적은 $1.8\ \mathrm{m}\times2.4\ \mathrm{m}\times0.5\ \mathrm{m}=2.16\ \mathrm{m^3}$이고, 이 용적이 6분(360초) 만에 채워진다.

$\dfrac{2.16\ \mathrm{m^3}}{360\ \mathrm{s}} = 0.006\ \mathrm{m^3/s} = 6\ \mathrm{L/s}$

하루에 배출되는 총고형물질의 양은 75kg이다.

배출되는 고형물질량은 방류수 유량에 SS 농도를 곱해 구한다. 유량의 단위를 L로 맞추면 $5{,}000\ \mathrm{m^3/day} = 5{,}000{,}000\ \mathrm{L/day}$이다.

$5{,}000{,}000\ \mathrm{L/day} \times 15\ \mathrm{mg/L} = 75{,}000{,}000\ \mathrm{mg/day} = 75\ \mathrm{kg/day}$

활성슬러지공법의 포기량은 유입수의 BOD 부하와 가장 밀접한 관계가 있다.

포기조에 공급하는 산소량은 미생물이 유기물(BOD)을 분해하는 데 필요한 산소요구량에 맞추어 결정되며, 이를 흔히 F/M비(BOD-슬러지 부하) 개념으로 설계한다.

pH·부유물질(SS)·질소와 인은 처리 안정성이나 영양염류 공급과 관련된 인자이지만 포기량 자체를 결정하는 핵심 인자는 아니다.

일반적인 활성슬러지법의 처리 순서는 침사지 → 1차 침전지 → 포기조 → 최종 침전지 → 염소접촉조이다.

유입수는 먼저 침사지에서 모래·큰 협잡물을 제거한 뒤, 1차 침전지에서 침전 가능한 고형물을 가라앉힌다.

이후 포기조에서 미생물에 의한 생물학적 분해가 이루어지고, 최종 침전지에서 슬러지를 분리한 뒤 염소접촉조를 거쳐 소독 후 방류된다.

일반적으로 BOD는 20℃에서 5일간 시료를 배양했을 때 소모된 산소량으로 정의한다.

이를 BOD5라 하며, 국내외 수질 분석에서 표준적으로 사용하는 배양 조건이다.

PCB(폴리염화비페닐)는 절연성·내열성·불연성이 뛰어나 변압기의 절연유로 널리 쓰였으나, 인체와 환경에 대한 독성이 밝혀지면서 제조가 금지되었다.

화학적으로 안정하여 잘 분해되지 않는 특성 때문에 생물 체내에 축적되는 문제가 커, 사용이 전면 금지된 대표적 물질이다.

수질에서 경도(hardness)의 주 원인은 칼슘과 마그네슘 이온이다.

물속에 녹아 있는 2가 양이온인 $\mathrm{Ca^{2+}}$, $\mathrm{Mg^{2+}}$의 농도를 탄산칼슘 환산량으로 나타낸 것이 경도이다.

물속에서 광합성을 하며 식물성 플랑크톤으로 불리는 생물은 조류(藻類)이다.

조류는 엽록소를 가지고 있어 빛 에너지를 이용해 광합성을 하며, 수생태계의 1차 생산자 역할을 한다.

하천물에서 원생동물이 관찰되면 비교적 깨끗한 상태로 볼 수 있다.

오염이 심한 구간에서는 세균이나 곰팡이류가 우세하지만, 자정작용이 진행되어 수질이 개선될수록 원생동물과 같은 상위 생물이 나타난다.

일반침전지에서 폐수의 점도가 클수록 부유물질의 침전속도는 감소한다.

스토크스 법칙에 따르면 침전속도는 $v=\dfrac{g\,d^2(\rho_s-\rho)}{18\mu}$로 표현되며, 점도($\mu$)가 커질수록 분모가 커져 침전속도가 느려진다.

• 입자의 크기가 클수록 침전속도는 오히려 빨라진다.
• 입자의 밀도가 클수록 침전속도는 빨라진다.
• 폐수와 부유물질의 밀도차가 클수록 침전속도는 빨라진다.

분뇨 정화조의 구조에 해당하는 것은 부패조(septic tank)이다.

부패조는 혐기성 미생물의 작용으로 분뇨 중 고형물을 분해·부패시키는 정화조의 기본 처리조이다.

라군, 슬러지조, 회전원판(RBC) 생물막은 각각 별도의 폐수·슬러지 처리 방식이지 정화조의 구성 요소가 아니다.

혐기성 소화법은 호기성 소화법에 비해 발생하는 슬러지의 양이 적다는 것이 오히려 장점이므로, 슬러지가 많이 발생한다는 설명은 단점으로 볼 수 없다.

• 소화 체류기간이 긴 것은 혐기성 소화의 실제 단점이다.
• 처리 과정 중 악취가 발생하는 것도 단점이다.
• 호기성 소화법보다 소화속도가 느린 것 역시 단점이다.

폐기물 시료의 축소(조제) 방법에는 구획법, 원추4분법, 교호삽법 등이 표준적으로 사용된다.

이 중 '면체분할법'은 폐기물 시료 조제에 사용되는 방법이 아니다.

쓰레기 톤당 증발되는 수분량은 약 670kg이다.

쓰레기 1톤(1,000kg) 중 함수율 80%이면 고형분은 200kg, 수분은 800kg이다.

건조 후 함수율이 40%가 되면 고형분 200kg이 전체의 60%를 차지하므로, 건조 후 총량은 $\dfrac{200}{0.6}\approx 333.3\ \mathrm{kg}$이고 그중 수분은 약 133.3kg이다.

따라서 증발된 수분량은 $800-133.3\approx 666.7\ \mathrm{kg} \approx 670\ \mathrm{kg}$이다.

열분해는 산소가 부족하거나 거의 없는 상태에서 유기물을 고온으로 분해하는 공정이므로, 과잉공기를 공급하여 가스배출량이 많아진다는 설명은 열분해의 특징과 맞지 않는다.

과잉공기 공급은 오히려 일반 소각(연소) 공정의 특징이다.

부식·기름의 저장성 문제, 높은 시설비·운영비, 기술적 신뢰성 부족은 실제 열분해 공정이 안고 있는 한계로 맞는 설명이다.

로타리킬른(회전식) 소각로는 열효율이 상대적으로 낮고 회전 과정에서 먼지 발생량이 많은 편이어서, 열효율이 높고 먼지 발생량이 적다는 설명은 이 방식의 장점으로 볼 수 없다.

대신 액상·고상 등 여러 형태의 폐기물을 함께 연소할 수 있고 전처리가 거의 필요 없으며, 회전에 의해 내부 혼합이 잘 이루어지는 점이 로타리킬른의 실제 장점이다.

폐기물 관리 전체 비용 중 수거(collection) 단계가 가장 큰 비중을 차지한다.

수거 및 운반에는 인력과 차량 운행이 많이 소요되어, 압축·파쇄·소각 등 중간처리 단계보다 비용 비중이 훨씬 크다.

비표면적 감소는 고체 폐기물 파쇄의 목적이 아니다.

파쇄는 오히려 입자를 잘게 쪼개어 비표면적을 증가시킴으로써 이후 소각이나 화학적 처리 시 반응 속도를 높이는 데 목적이 있다.

• 파쇄로 입자 간 공극이 줄어들어 겉보기 밀도가 증가한다는 것은 실제 목적 중 하나다.
• 입자크기를 고르게 만들어 후속 처리를 균질화하는 것도 파쇄의 목적이다.
• 비표면적이 늘어나 소각 시 연소가 촉진되는 것도 파쇄의 목적으로 꼽힌다.

이론 공기량은 약 8.69 Sm³/kg이다.

중유의 이론산소량은 다음 식으로 구한다.

$O_0 = 1.867\,C + 5.6\left(H-\dfrac{O}{8}\right) + 0.7\,S$

탄소·수소·산소·황의 질량비(0.85, 0.05, 0.08, 0.02)를 대입하면 $O_0 = 1.867\times0.85 + 5.6\times(0.05-0.01) + 0.7\times0.02 \approx 1.825\ \mathrm{Sm^3/kg}$이다.

공기 중 산소 비율이 0.21이므로 이론공기량은 $A_0=\dfrac{O_0}{0.21}\approx 8.69\ \mathrm{Sm^3/kg}$이다.

자원의 생산·유통·사용·폐기 전 과정에 걸친 환경부하를 정량적으로 분석해 개선방안을 모색하는 체계적 과정은 전과정평가(Life Cycle Assessment)이다.

환경영향평가는 특정 사업이 시행되기 전 예상되는 환경영향을 평가하는 절차로, 자원 전 과정을 정량적으로 다루는 전과정평가와는 개념이 다르다.

공정시험방법에서 '방울수'는 20℃에서 정제수 20방울이 1mL가 되는 것을 의미한다.

이는 적정·시약 첨가 등에서 부피를 방울 단위로 나타낼 때 기준이 되는 정의이다.

유해 폐기물의 국가 간 이동 및 그 처리를 규제하기 위해 채택된 국제협약은 바젤협약이다.

몬트리올의정서는 오존층 파괴물질 규제, 리우선언은 지속가능발전에 관한 선언으로 유해폐기물의 국가 간 이동 규제와는 성격이 다르다.

수거능력(MHT)은 약 4.01이다.

MHT는 폐기물 1톤을 수거하는 데 투입된 총 인시(人時, man·hr/ton)로, 총 투입 인시를 총 수거량으로 나누어 구한다.

총 투입 인시 = 5,500명 × 8시간/일 × 310일 = 13,640,000 man·hr

$\mathrm{MHT} = \dfrac{13{,}640{,}000}{3{,}400{,}000} \approx 4.01$

쓰레기의 성분은 계절에 따라 달라진다는 것이 쓰레기 발생량·성상에 영향을 미치는 일반적 요인으로 옳은 설명이다.

여름철에는 음식물 쓰레기 비중이 늘고 겨울철에는 연료 사용에 따른 재의 비중이 느는 등 계절별 생활 패턴에 따라 쓰레기 성분이 변화한다.

• 수거빈도가 잦아지면 발생량(배출량)도 함께 늘어나는 경향을 보여, 반비례 관계로 볼 수 없다.
• 쓰레기통이 클수록 저장 가능한 양이 늘어 발생(배출)량이 오히려 증가하는 경향을 보인다.
• 재활용률이 높아지면 최종 처리해야 할 쓰레기양은 줄어드는 방향으로 작용한다.

10m³ 쓰레기 중 가연성 물질의 질량은 1,260kg이다.

쓰레기 10m³의 총질량은 $450\ \mathrm{kg/m^3}\times10\ \mathrm{m^3}=4{,}500\ \mathrm{kg}$이다.

비가연성 물질이 72%를 차지하므로 가연성 물질은 나머지 28%이며, $4{,}500\ \mathrm{kg}\times0.28 = 1{,}260\ \mathrm{kg}$이다.

파이프라인(관거) 수송은 오히려 폐기물 발생 밀도가 높은 지역에서 경제성과 효율이 높아 적합한 방식이므로, 발생 밀도가 높은 곳에서 사용할 수 없다는 설명은 이 방식의 단점으로 볼 수 없다.

투입된 물건을 잘못 넣었을 때 회수가 어려운 점, 파쇄·압축 시설이 별도로 필요한 점, 장거리 수송이 곤란한 점은 파이프라인 수송의 실제 단점이다.

체류시간이 길고 교반력이 약해 국부가열의 우려가 있는 소각로는 화격자(스토커) 소각로이다.

화격자 소각로는 폐기물이 화격자 위를 서서히 이동하며 연소되는 방식으로, 도시 폐기물 소각에 널리 쓰이지만 교반이 약해 특정 부위에 열이 집중되는 국부가열이 발생할 수 있다.

포틀랜드 시멘트를 이용해 고농도 중금속 함유 폐기물을 고형화하는 방법은 시멘트기초법이다.

시멘트의 수화반응을 이용해 폐기물을 고형 매트릭스 속에 안정적으로 가두는 방식으로, 중금속 폐기물 처리에 널리 활용된다.

우리나라에서 폐기물을 최종 처리하는 방법 중 가장 큰 비중을 차지해 온 것은 매립이다.

소각과 재활용도 함께 활용되지만, 최종 처분(final disposal) 수단으로서는 매립의 비중이 가장 컸다. 해양투기는 이후 규제가 강화되어 현재는 허용되지 않는다.

압축비는 약 1.67이다.

압축비(CR)는 용적감소율(VR)을 이용해 다음과 같이 구한다.

$\mathrm{CR} = \dfrac{1}{1-\mathrm{VR}} = \dfrac{1}{1-0.4} \approx 1.67$

유동상 소각로의 유동매체는 고온에서 용융되지 않도록 융점이 높아야 하므로, 낮은 융점은 매질이 갖춰야 할 조건이 아니다.

매질이 낮은 온도에서 녹으면 유동층 자체가 뭉쳐 유동성을 잃고 소각로 운전이 불가능해진다.

• 불활성이어야 폐기물이나 배가스 성분과 반응하지 않는다.
• 내마모성이 있어야 유동 중 마모·소모가 적다.
• 비중이 작아야 적은 공기량으로도 유동화가 쉽다.

음선은 음의 진행방향을 나타내는 선으로, 파면에 수직이어야 한다.

파면에 수평(나란)하다는 설명은 음선의 정의와 어긋난다.

음파가 매질 입자의 진동 방향과 진행 방향이 같은 종파라는 점, 파동이 매질 자체의 이동이 아닌 에너지 전달이라는 점, 파면이 위상이 같은 점들을 연결한 면이라는 점은 모두 옳은 설명이다.

소음 관련 용어 중 TNI(Traffic Noise Index)는 도로교통소음지수를 의미하며, 도로교통 소음의 성가심 정도를 평가하는 지표로 사용된다.

SIL(Speech Interference Level)은 회화방해레벨을, NNI(Noise and Number Index)는 항공기 소음 평가지표를, NC(Noise Criteria)는 실내소음기준을 나타내므로 각각 다른 개념과 짝지어져야 한다.

공기스프링은 사용진폭이 작을 때 자체 감쇠(제진) 능력이 부족해 오히려 별도의 댐퍼가 필요한 경우가 많다는 점에서 이 설명은 틀렸다.

반면 공기스프링은 스프링 높이와 스프링정수를 독립적으로 광범위하게 설정할 수 있고 부하능력도 광범위하며, 봉입 공기압을 조절해 자동제어도 가능하다.

파장은 속도를 진동수로 나눈 값이며 0.2m로 계산된다.

$\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{20\ \mathrm{m/s}}{100\ \mathrm{Hz}} = 0.2\ \mathrm{m}$

장애물 뒤에서도 소리가 돌아 들리는 현상은 음의 회절 때문이다.

회절은 파동이 장애물이나 좁은 틈을 만났을 때 진행 방향이 휘어 장애물 뒤편까지 전파되는 현상으로, 파장이 길수록(주파수가 낮을수록) 더 뚜렷하게 나타난다.

• 반사는 매질 경계에서 파동이 되돌아오는 현상이라 벽 뒤까지 전달되는 상황과는 다르다.
• 굴절은 매질이 달라질 때 진행 방향이 꺾이는 현상으로 이 상황과 무관하다.
• 투과는 파동이 매질을 그대로 통과해 나가는 현상으로 벽을 돌아가는 경우와는 다르다.