01년 2회차

습도가 높고 기온이 낮은 아침은 광화학반응이 활발하게 일어나기 어려운 조건이므로 광화학스모그 발생조건에 해당하지 않는다.

광화학스모그는 오히려 강한 일사량과 높은 기온, 낮은 습도의 대기 조건에서 탄화수소·질소산화물·오존 농도가 높고 침강성역전으로 오염물질이 정체될 때 잘 발생한다.

검댕(soot)은 연료 연소 시 생성된 유리탄소가 응결하여 지름이 1μm 이상이 된 입자상 물질을 가리킨다.

이에 비해 매연(smoke)은 유리탄소가 주성분인 1μm 미만의 미세한 입자를, 훈연(fume)은 금속 증기가 응축·산화되어 생긴 고체입자를, 미스트(mist)는 액체입자가 공기 중에 부유하는 것을 말한다.

필요한 실제공기량은 약 587Sm³이다.

프로판의 완전연소반응은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$이므로, 분자량 44인 프로판 44kg(=1kmol)당 이론산소량은 $5\times22.4 = 112\ \mathrm{Sm^3}$이다.

공기 중 산소 비율 21%를 적용하면 이론공기량은 $A_0 = \dfrac{112}{0.21} \approx 533.3\ \mathrm{Sm^3}$이고, 여기에 10%의 과잉공기를 더한 실제공기량은 $A = 533.3\times1.1 \approx 587\ \mathrm{Sm^3}$이다.

사이클론에서 집진실 내 기류의 일부(5~10%)를 하부에서 빼내어 재순환시킴으로써 더스트호퍼 부근의 난류에 의한 재비산을 억제해 집진율을 높이는 방식을 블로우다운형(Blow-down type)이라 한다.

축류형·나선형·다중방해판형은 유입 구조나 내부 기류 형태를 달리해 집진효율을 높이는 다른 방식들로, 기류 일부를 빼내 재순환시키는 구조와는 구별된다.

구리(Cu)는 자동차 배출가스에서 주로 문제되는 오염물질로 분류되지 않는다.

휘발유·디젤 자동차 배출가스의 대표적 오염물질은 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)과, 유연휘발유에서 유래하는 납(Pb)이다.

자동차와 공장에서 배출된 가스가 대기권을 덮어 지구 복사열의 방출을 막아 기온을 상승시키고 기후변화를 초래하는 현상을 온실효과라 한다.

가시도 감소, 산성비, 오존층파괴는 각각 다른 원인·기전으로 나타나는 별개의 대기오염 현상이다.

상온에서 황록색을 띠고 강한 자극성 냄새를 가지는 기체는 염소(Cl₂)이다.

염소의 분자량은 71로, 공기분자량 29 대비 비중은 $71/29 \approx 2.45$가 되어 문제에서 제시된 값과 대체로 일치한다.

열량의 기준 단위인 1cal은 표준기압에서 물 1g을 14.5℃에서 15.5℃까지 1℃ 올리는 데 필요한 열량으로 정의되며, 발열량은 이 열량 단위를 이용해 kcal/kg 등으로 표시한다(1kcal은 물 1kg을 같은 구간에서 1℃ 올리는 열량).

기준 온도 구간을 14.5~15.5℃로 못박는 이유는 물의 비열이 온도에 따라 미세하게 달라 기준점을 명확히 해야 하기 때문이며, 물 1ℓ를 기준으로 하거나 0℃에서 1℃까지로 잡은 서술은 이 정의와 맞지 않는다.

전기집진장치는 방전극과 집진극 사이에 고압의 직류(수십kV) 전원을 걸어 입자를 하전시킨 뒤 쿨롱력으로 집진극에 포집하는 원리로 작동한다.

교류나 저전압으로는 안정적인 코로나 방전과 충분한 하전을 얻기 어려워 고압 직류 전원이 사용된다.

집진율은 약 97.2%이다.

집진율 $\eta = \dfrac{C_{in}-C_{out}}{C_{in}}\times100$에 입구농도 7.2g/Nm³, 출구농도 0.2g/Nm³을 대입하면 $\eta = \dfrac{7.2-0.2}{7.2}\times100 \approx 97.2\%$이다.

일반적인 대기오염 문제는 지표면과 가장 가까운 대류권에서 발생한다.

대류권은 기상현상이 일어나는 층으로 오염물질의 배출과 확산·축적이 이루어지는 반면, 성층권·중간권·열권은 고도가 높아 일상적 대기오염과는 거리가 멀다.

집진기 출구의 먼지농도는 4배로 증가한다.

입구농도를 100이라 하면 집진율 99%일 때 출구농도는 $100\times(1-0.99)=1$이고, 집진율이 96%로 떨어지면 출구농도는 $100\times(1-0.96)=4$가 되어 이전보다 4배로 늘어난다.

과잉공기량을 늘리면 연소 중 산소 농도가 높아져 오히려 질소산화물 생성이 촉진되므로, 이는 저감방법이 아니라 역효과를 낸다.

반면 배기가스 재순환, 2단 연소, 연소온도 조정(저온연소)은 모두 질소산화물 저감방법으로 쓰인다.

흡착층의 파괴점(break point) 이후에도 흡착은 계속 일어나지만, 배출가스 중 흡착질의 농도가 급격히 상승하는 것이 돌파곡선의 특징이다.

파괴점은 흡착층이 포화에 가까워져 더 이상 충분한 제거 성능을 유지하지 못하는 시점을 나타낼 뿐, 그 이후 흡착이 완전히 멈추는 것은 아니다.

중력집진장치는 입자에 작용하는 중력만을 이용하므로 포집 가능한 최소입경이 크고 미세입자 제거에는 적합하지 않다.

반면 전기집진장치·여과집진장치·세정집진장치는 비교적 높은 효율로 미세입자를 집진할 수 있다.

중력집진장치는 주로 전처리 단계에서 비교적 큰 입자를 우선 제거하는 용도로 쓰인다.

용존산소과포화는 조류의 광합성 등으로 나타날 수 있는 수질 상태의 하나일 뿐, 그 자체가 수질오염 현상으로 분류되지는 않는다.

반면 적조현상, 부영양화, 온배수유입은 모두 대표적인 수질오염 현상으로 분류된다.

골연화증은 카드뮴(Cd) 중독(이타이이타이병)에서 나타나는 피해이며, 시안은 체내 호흡효소를 저해해 질식성 중독을 일으키는 물질이므로 이 연결은 옳지 않다.

페놀은 냄새 유발, 인은 부영양화, 유기물은 분해 과정에서의 용존산소 결핍을 일으키는 것으로 각각 오염물질과 피해형태가 올바르게 연결된다.

포기조의 크기는 약 1,200m³이다.

BOD 농도 1,715mg/L는 1,715g/m³과 같으므로 BOD 부하량은 $\dfrac{700\ \mathrm{m^3/day}\times1{,}715\ \mathrm{g/m^3}}{1{,}000} \approx 1{,}200.5\ \mathrm{kg/day}$이다.

BOD 용적부하 $1.0\ \mathrm{kg/m^3\cdot day}$로 나누면 포기조 용적은 $V = \dfrac{1{,}200.5}{1.0} \approx 1{,}200\ \mathrm{m^3}$이다.

하수처리에서 우수(빗물)를 배제하는 방식 중 가장 적합한 것은 분류식이다.

분류식은 오수관과 우수관을 분리해 처리장으로는 오수만 유입시키므로, 우천 시 처리장 부하가 급증하거나 미처리 하수가 월류되는 문제를 피할 수 있다.

이에 비해 오수와 우수를 한 관로로 함께 배제하는 합류식은 강우 시 월류수 문제가 발생하기 쉽다.

팽화현상(슬러지 벌킹)은 사상성 미생물의 과다 증식으로 침강성이 나빠지는 활성슬러지 공정의 문제이며, 살수여상의 특유한 운영 문제로 보기는 어렵다.

살수여상 운영 시에는 오히려 파리(여상파리) 발생, 여상 표면이 막혀 물이 고이는 연못화 현상, 냄새 발생 등이 대표적인 문제로 나타난다.

수온이 낮아지면 오히려 침전효율이 나빠진다는 것이 침전효율 영향인자에 대한 설명과 가장 거리가 먼 내용이다.

수온이 낮을수록 물의 점성(점도)이 커지는데, 스토크스 법칙상 침전속도는 점성에 반비례하므로 저온에서는 오히려 침전속도가 느려져 효율이 떨어진다.

반대로 침전지 표면적이 클수록, 체류시간이 길수록, 입자직경이 클수록 침전효율은 좋아지는 것이 일반적인 경향이다.

지구상에 존재하는 물 중 해수가 차지하는 비율은 약 97%에 달한다.

담수는 빙하·지하수·하천수 등을 모두 합쳐도 전체 수자원의 약 3% 수준에 불과할 만큼 해수의 비중이 압도적으로 크다.

오수처리시설에서 슬러지 혐기성 소화의 주된 목적은 유기물을 분해시켜 슬러지 발생량을 줄이는 것, 즉 슬러지의 감량화·안정화에 있다.

메탄가스 생성은 소화 과정에서 얻어지는 유용한 부산물일 뿐 소화의 1차 목적은 아니며, 소화는 미생물의 대사 작용으로 진행되므로 박테리아를 사멸시키는 것이 목적이 될 수는 없다.

슬러지 점성 증가 역시 소화 처리의 목적으로 보기 어렵다.

스토크스 법칙을 적용하면 이 모래입자의 침전속도는 약 0.898 cm/s로 계산된다.

공식은 $v=\dfrac{g \cdot d^2(\rho_s-\rho_w)}{18\mu}$이며, 여기서 $d=0.1\ \mathrm{mm}=0.01\ \mathrm{cm}$, $\rho_s=2.65\ \mathrm{g/cm^3}$, $\rho_w=1.0\ \mathrm{g/cm^3}$, $\mu=0.01\ \mathrm{g/(cm\cdot s)}$, $g=980\ \mathrm{cm/s^2}$이다.

대입하면 $v=\dfrac{980\times(0.01)^2\times1.65}{18\times0.01}\approx0.898\ \mathrm{cm/s}$가 된다.

분변성 대장균(Fecal coliform) 검사는 온혈동물의 배설물에서 유래하므로 병원균이 존재할 가능성을 추정하는 데 가장 큰 의미가 있다.

일반 대장균군 검사가 전반적인 오염 정도를 나타내는 데 쓰이는 것과 달리, 분변성 대장균 검사는 분변 기원 오염과 그에 수반될 수 있는 병원성 미생물의 존재 여부를 시사한다는 점에서 구분된다.

침전지 유입부의 정류판(baffle)은 유입수를 균일하게 분배·분포시켜 특정 구간으로 흐름이 몰리는 단락류를 막는 기능을 한다.

• 바람에 의한 표면난류 방지는 정류판의 주된 기능이 아니다.
• 침전지 내 적정 수위 유지는 유출 위어 등 다른 구조물의 역할이다.
• 침전 슬러지의 재부상 방지는 슬러지 수집·배출 설비와 관련된 사항이다.

폐수 중 암모니아는 주로 단백질이 미생물에 의해 분해될 때 아미노기(-NH2)가 떨어져 나오면서 생성된다.

지방 및 기름, 셀룰로오스, 포도당은 분해되어도 질소를 거의 포함하지 않으므로 암모니아의 주된 기원이 되기 어렵다.

슬러지 일령(Sludge Age)을 이용하면 하루에 생산되는 건조슬러지량은 375 kg으로 계산된다.

슬러지 일령은 $SA=\dfrac{V\times X}{\Delta X}$로 정의되며, 여기서 $V=600\ \mathrm{m^3}$, $X=2500\ \mathrm{mg/L}=2.5\ \mathrm{kg/m^3}$, $SA=4\ \mathrm{day}$이다.

따라서 $\Delta X=\dfrac{600\times2.5}{4}=375\ \mathrm{kg/day}$가 된다.

BOD 용적부하는 일일 BOD 제거량을 포기조 유효용량으로 나눈 값이다. 먼저 일일 BOD 제거량을 구하면: 하수량 20,000톤/일 = 20,000 m³/일이고, BOD 농도가 100 mg/L = 0.1 kg/m³이므로, 일일 BOD량 = 20,000 m³/일 × 0.1 kg/m³ = 2,000 kg/day이다. BOD 용적부하 = 2,000 kg/day ÷ 5,000 m³ = 0.4 kg/day·m³이다.

알칼리도 자료는 부산물 회수의 경제성 판단과는 거리가 멀다.

• 응집제 투입 시 적정 pH를 유지하고 응집효과를 높이는 데 알칼리도가 직접 활용된다.
• 물의 연수화 과정에서 석회·소오다회 소요량을 계산할 때도 알칼리도가 기준이 된다.
• 폐수·슬러지의 완충용량을 계산할 때도 알칼리도가 핵심 지표로 쓰인다.

수처리용 응집제와 관계가 없는 것은 입상활성탄이다.

입상활성탄은 흡착 공정에 사용되는 흡착제이며, 응집침전 공정에 쓰이는 응집제가 아니다.

반면 황산반토(황산알루미늄), 명반, 소석회는 모두 실제 정수·폐수처리 현장에서 쓰이는 대표적인 응집제(또는 응집보조제)이다.

일반적인 도시 정수처리장의 급속사여과지 여과속도로 가장 알맞은 값은 약 120 m/day 수준이다.

완속사여과가 하루 수 m 수준의 낮은 속도로 운전되는 것과 달리, 급속사여과는 이보다 훨씬 빠른 속도로 대량의 물을 처리하도록 설계된다.

117 ppm 농도의 NaCl 용액은 몰농도로 환산하면 약 0.002 M이 된다.

NaCl의 분자량은 $23+35.5=58.5\ \mathrm{g/mol}$이고, 117 ppm은 $117\ \mathrm{mg/L}=0.117\ \mathrm{g/L}$에 해당한다.

따라서 몰농도는 $M=\dfrac{0.117}{58.5}\approx0.002\ \mathrm{mol/L}$로 계산된다.

슬러지 팽화(Bulking) 현상이 일어날 때 가장 많이 출현하는 미생물은 사상성 진균류(Fungi)이다.

pH가 낮거나 질소·인 등 영양이 결핍된 조건에서 실 모양의 사상성 미생물이 과도하게 증식하면 슬러지의 침강성이 나빠지는 팽화 현상이 나타난다.

침사지(Grit chamber)는 모래·자갈 등 무거운 무기성 입자를 침전시켜 제거하기 위한 시설이다.

유기물이나 콜로이드성 물질을 침전시키는 일반 침전지와 달리, 침사지는 비중이 큰 무기성 입자만을 선택적으로 가라앉혀 후속 처리시설의 마모·폐색을 방지하는 역할을 한다.

용적감소율이 20%인 경우 압축비는 1.25로 계산된다.

압축비(CR)는 $CR=\dfrac{1}{1-VR}$로 구하며, 여기서 용적감소율 $VR=0.2$이다.

따라서 $CR=\dfrac{1}{1-0.2}=\dfrac{1}{0.8}=1.25$가 된다.

이 조건에서 월간 차량운행 회수는 223회로 계산된다.

먼저 전체 발생량은 인구 50만 명에 1인당 1.0 kg/일을 곱한 $500{,}000\ \mathrm{kg/day}$이고, 이 중 가연성은 20%이므로 $100{,}000\ \mathrm{kg/day}$, 30일 기준 월간으로는 $3{,}000{,}000\ \mathrm{kg}$이 된다.

겉보기 비중 $3{,}000\ \mathrm{kg/m^3}$으로 나누면 부피는 $1{,}000\ \mathrm{m^3/월}$이고, 차량 1대 적재용량 $4.5\ \mathrm{m^3}$로 나누면 $1{,}000\div4.5\approx222.2$회인데, 운행 횟수는 정수 단위이므로 올림하여 223회가 된다.

폐기물 관리체계에서 비용이 가장 많이 소요되는 단계는 수거(수집·운반)이다.

인건비와 차량 운행비가 반복적으로 소요되는 수거 단계가 전체 폐기물 관리 비용의 상당 부분을 차지하는 것으로 알려져 있다.

분뇨처리의 목적과 거리가 먼 것은 유기화이다.

분뇨처리는 병원균과 악취를 없애는 안전화, 더 이상 부패가 진행되지 않도록 하는 안정화, 부피와 고형물량을 줄이는 감량화를 목표로 하며, 처리 과정은 오히려 유기물을 무기물로 분해·안정화하는 방향으로 진행된다.

이 조건에서 수거인부의 수거능력(MHT)은 3으로 계산된다.

MHT는 $\mathrm{MHT}=\dfrac{\text{인부수}\times\text{1일 작업시간}\times\text{연간 작업일수}}{\text{연간 수거량}}$으로 구한다.

대입하면 $\mathrm{MHT}=\dfrac{5{,}000\times8\times300}{4{,}000{,}000}=\dfrac{12{,}000{,}000}{4{,}000{,}000}=3$이 된다.

소화조 첫 번째 탱크에서 슬러지를 교반시키는 가장 큰 이유는 탱크 내 스컴(scum) 발생을 방지하기 위함이다.

교반을 통해 슬러지와 미생물, 기질을 고르게 섞어주면 비중이 가벼운 물질이 표면에 떠올라 굳는 스컴층 형성을 억제하고, 소화조 전체의 온도와 반응 조건도 균일하게 유지할 수 있다.

폐기물 관리에서 가장 우선적으로 중점을 두어야 하는 분야는 폐기물 감량화이다.

발생 자체를 줄이는 감량화가 재활용, 처리, 최종처분보다 앞서는 우선순위로 다뤄지는 것이 폐기물 관리의 기본 원칙이다.

수거노선 설정 시 유의사항으로 틀린 것은 가능한 시계 반대 방향으로 정한다는 설명이다.

수거노선은 U자형 회전이나 역주행을 피하기 위해 통상 시계 방향으로 설정하는 것이 원칙이다.

• 간선도로 부근에서 시작·종료하도록 하는 것은 올바른 유의사항이다.
• 언덕길은 내려가면서 수거하는 것이 안전과 효율 면에서 올바른 방법이다.
• 발생량이 많은 곳을 하루 중 가장 먼저 수거하는 것도 올바른 유의사항이다.

쓰레기의 저위발열량 측정 방법으로 알맞지 않은 것은 흡착식에 의한 방법이다.

저위발열량은 원소분석 결과를 이용한 추정식(계산식)으로 구하거나 단열열량계 등 실측 열량계를 이용해 직접 측정하는 것이 일반적이며, 흡착식이라는 발열량 측정 방식은 사용되지 않는다.

일반적인 쓰레기 매립지의 침출수 처리방법으로 가장 알맞은 것은 응집침전법이다.

침출수는 유기물뿐 아니라 부유물질·중금속·색도 유발물질 등을 함께 포함하므로, 약품으로 이러한 물질을 응집·침전시켜 제거하는 물리화학적 처리가 널리 적용된다.

소각처리법, 혐기성소화법, 호기성소화법은 각각 고형폐기물이나 슬러지 처리에 주로 적용되는 방법으로, 침출수 처리방법으로 가장 일반적인 방식과는 거리가 있다.

우리나라 도시인의 1인당 1일 분뇨배출량은 대략 0.9~1.1 L 범위로 알려져 있다.

이 값은 분과 뇨를 합한 양으로, 부피로는 뇨가 대부분을 차지한다. 분뇨처리시설의 용량이나 수거차량 대수를 산정할 때 기초가 되는 기본 수치이므로 범위를 기억해 두는 것이 좋다.

소각로의 연소효율을 높이기 위한 3T 조건에 해당하지 않는 것은 적당한 산소공급이다.

3T는 온도(Temperature), 연소시간(Time), 혼합·교반(Turbulence)의 세 가지 요소를 가리키며, 산소(공기) 공급은 연소에 필요한 별개의 조건으로 3T에는 포함되지 않는다.

슬러지의 탈수가능성을 표현하는 대표적인 방법은 여과비저항이다.

여과비저항은 일정 압력에서 슬러지가 물을 얼마나 잘 배출하는지를 나타내는 지표로, 값이 작을수록 탈수가 잘 되는 슬러지임을 의미한다.

균등계수·유효경은 입도분포를, 알칼리도는 완충능력을 나타내는 지표로 탈수성과는 직접적인 관련이 없다.

폐기물의 고화처리방법으로 볼 수 없는 것은 무기 중합체법이다.

일반적으로 알려진 고화처리방법에는 시멘트 기초법, 열가소성 플라스틱법, 피막 형성법, 석회기초법, 유기중합체법 등이 있으며, 무기 중합체법은 이러한 표준적인 분류에 포함되지 않는다.

우리나라에서 도시폐기물 발생량이 가장 많은 계절은 겨울이다.

난방용 연료 사용이 늘어나면서 관련 폐기물이 함께 증가하고, 명절 등 소비가 집중되는 시기와도 겹치면서 겨울철 폐기물 발생량이 다른 계절보다 많아지는 경향을 보인다.

유동상 소각로의 장점으로 볼 수 없는 것은 유동매체의 손실이 없어 유지관리비가 적게 소요된다는 설명이다.

실제로는 운전 중 유동매체(모래 등)가 비산·마모 등으로 지속적으로 손실되어 주기적인 보충이 필요하며, 이는 오히려 유지관리비 발생 요인이 된다.

• 과잉공기량이 적어도 연소가 가능해 배기가스량이 적은 것은 유동상 소각로의 실제 장점이다.
• 기계적 구동부분이 없어 유지관리가 쉬운 것도 실제 장점이다.
• 노 내 온도 자동제어와 열회수가 쉬운 것 역시 실제 장점이다.

매립방법의 기본적 형태로 볼 수 없는 것은 터널식이다.

일반적으로 매립방법은 지형 조건에 따라 도랑식, 경사식, 지역식 등으로 구분되며, 터널식이라는 분류는 표준적인 매립 형태에 해당하지 않는다.

폐산의 처리방법으로 틀린 것은 원심농축법이다.

원심농축법은 슬러지의 함수율을 낮추는 농축·탈수 공정에 쓰이는 방법으로, 폐산 자체를 처리하는 방법과는 거리가 있다.

반면 중화법, 진공증류법, 황산치환법은 모두 폐산 처리에 실제로 적용되는 방법이다.

정상적으로 운영되는 도시쓰레기 매립장에서 가장 많이 발생하는 가스 성분은 메탄이다.

매립층 내부가 혐기성 상태로 안정화되면 유기물이 혐기성 분해되면서 메탄과 이산화탄소가 주성분인 매립가스가 발생하며, 이 중 메탄이 가장 큰 비중을 차지한다.

사람이 들을 수 있는 최소 음의 세기(기준 음의 세기)는 $10^{-12}\ \mathrm{W/m^2}$이다.

음의 세기(강도)는 단위면적당 에너지로 정의되어 단위가 $\mathrm{W/m^2}$이며, 이 기준값은 최소 가청 음압인 $2\times10^{-5}\ \mathrm{N/m^2}$과는 단위와 물리적 의미가 서로 다른 값이다.

음향파워레벨 정의식 $L_W = 10\log_{10}\dfrac{W}{W_0}$에 기준음향파워 $W_0=10^{-12}\,\mathrm{W}$를 대입해 음향파워 $W$를 역산하면 약 3.2W가 된다.

$125 = 10\log_{10}\dfrac{W}{10^{-12}}$이므로 $\dfrac{W}{10^{-12}} = 10^{12.5}$, 즉 $W = 10^{-12}\times 10^{12.5} = 10^{0.5} \approx 3.16\,\mathrm{W}$로 약 3.2W에 해당한다.

공해진동의 문제 주파수 범위는 대체로 1~90Hz 수준으로, 가청 음역대인 1,000~4,000Hz와는 다른 대역이다.

문제가 되는 진동레벨은 흔히 60~80dB 범위이고, 사람이 느끼는 최소진동치는 55±5dB 정도로 알려져 있으며, 공해진동이 사람에게 불쾌감을 주는 것도 사실이다.

따라서 진동수 범위를 1,000~4,000Hz라고 한 서술만 사실과 어긋난다.

탄성지지(방진스프링 등)는 진동이 발생하는 기계 자체에 적용하는 발생원 대책에 해당한다.

• 진동원의 위치를 멀리하여 거리감쇠를 키우는 것은 전파경로상의 대책이다.
• 수진점 근방에 방진구를 파는 것도 전파경로에서의 대책이다.
• 수진측의 강성을 변경하는 것은 수진측 대책이다.

파동의 전파속도는 $v = f \times \lambda$로 구하며, 진동수 $f=10\,\mathrm{Hz}$, 파장 $\lambda=5\,\mathrm{m}$를 대입하면 $v = 10\times 5 = 50\,\mathrm{m/s}$가 되어 전파속도는 50m/s이다.