26년 1회차

황산알루미늄은 응집 반응에서 알칼리도를 많이 소모하는 반면, 폴리염화알루미늄(PACl)은 이미 일부 중합·염기화된 형태로 주입되므로 알칼리도 소모가 상대적으로 적다.

• PACl은 오히려 황산알루미늄보다 적정 주입 pH 범위가 넓어 운전 여유가 크다.
• 응집제 주입량은 통상 Jar-test를 기본으로 결정하고, 제타포텐셜미터·SCD 등은 보조·상시감시 수단으로 활용한다.
• 황산알루미늄과 PACl을 혼합하면 각각의 특성이 상쇄되어 응집효과가 떨어지므로 혼합 사용은 바람직하지 않다.

pH조정제(알칼리제) 주입률 결정 시에는 원수의 pH와 알칼리도, 그리고 응집제 주입에 따른 알칼리도 소모를 고려해야 하므로 응집제 주입률도 함께 고려 대상이 된다. 용존산소는 pH 조정과 직접적인 관련이 없으므로 고려 인자에서 제외된다. 따라서 ㄱ, ㄴ, ㄷ이 정답이다.

침전지 제거율은 표면부하율(Q/A)이 침강속도보다 작을수록 높아지므로, 표면부하율이 증가하면 오히려 제거율이 떨어진다.

• 유입 유량이 감소하면 표면부하율이 낮아져 제거율이 높아진다.
• 침전지 표면적이 증가하면 표면부하율이 낮아져 제거율이 높아진다.
• 플록 침강속도가 커지면 같은 표면부하율에서도 더 잘 가라앉아 제거율이 높아진다.

급속여과용 여과모래의 마모율은 여재의 내구성을 확보하기 위해 통상 3% 이하로 규정하며, "5% 이상"처럼 상한을 두지 않고 큰 값을 허용하는 것은 옳지 않다.

강열감량 0.75% 이하, 비중 2.55~2.65, 균등계수 1.7 이하는 실제 여과모래 품질기준과 부합한다.

균등계수는 $C_u = \dfrac{D_{60}}{D_{10}}$로 정의되며, 문제에서 $D_{60}=0.7\,\mathrm{mm}$, $C_u=1.4$가 주어졌다.

따라서 유효경($D_{10}$)은 $D_{10} = \dfrac{D_{60}}{C_u} = \dfrac{0.7}{1.4} = 0.5\,\mathrm{mm}$로 계산된다.

완속여과는 여과지속일수가 비교적 길게 유지되는 것을 전제로 하므로, 원수의 탁도·플랑크톤 조류 농도가 높아 2주 정도의 짧은 여과지속일수밖에 얻을 수 없다면 전처리로 농도를 낮추는 것이 바람직하다.

• 완속여과는 모래층 표면의 생물막(schmutzdecke)이 호기성 상태로 유지되어야 정화작용이 이루어지므로, 여과층 내부가 혐기성이어야 한다는 서술은 옳지 않다.
• 크립토스포리디움 등 병원성 미생물 오염이 우려되는 경우 완속여과지 유출수의 탁도는 0.5NTU 이하로 관리하는 것이 기준이다.

여과층이 깊거나 여재 입경이 큰 여과지는 탁질이 여과층 내부까지 억류되므로, 물세척만으로는 탁질을 충분히 떼어내기 어려워 공기세척(air scour)을 병행하는 것이 효과적이다.

• 역세척이나 공기세척을 단독으로 표준화하기보다 물세척과 공기세척을 병용하는 것이 일반적이다.
• 세척 종료 직전에는 여과층을 재성층시키기 위해 세척속도를 단계적으로 낮추는 것이 원칙이다.

플록의 강도는 탁질당 응집제의 양(Al/T비)이 클수록, 그리고 응집 시 교반강도가 클수록 커진다고 본다. 따라서 강한 교반으로 생성된 플록의 강도가 낮다는 서술은 실제와 반대이다.

• 여재 입경과 공극률이 물흐름 방향으로 점점 작아지도록 구성하면 이상적인 여과층에 가까워져 높은 탁질 제거능력을 얻을 수 있다.
• 상향류 단층여과에서 여과속도를 크게 하면 여과층이 팽창되어 탁질이 누출되기 쉽다.
• 플록을 여과층 내부까지 침투시켜 여층 전체로 탁질을 포착하면 표층에만 억류될 때보다 손실수두가 작다.

CT 개념에서 불활성화비가 1.0 이상이 되면 지아디아 포낭에 대해 99.9%(3-log) 불활성화가 달성된 것으로 보는 것이 기준이며, 99.99%(4-log)라고 하는 것은 과대평가한 서술이다.

잔류소독제 농도는 여러 측정지점 중 최솟값을 사용하고, 단일 지점 소독 시에는 그 지점에서 불활성화비를 산정하며, 이론적 접촉시간은 정수지 사용용량을 시간당 최대통과유량으로 나누어 구하는 것이 맞다.

급속여과 방식은 원수 중 철·망간 산화, 조류·냄새물질·암모니아성질소 처리 등을 위해 전염소·중간염소처리를 적용하는 경우가 많으며, 오히려 생물학적 정화작용을 이용하는 완속여과에서 여과층 생물막 보호를 위해 원칙적으로 전염소처리를 하지 않는다.

철·망간의 불용해성 산화물 전환, 중간염소 주입지점을 침전지와 여과지 사이 혼화가 잘 되는 곳으로 하는 것은 실제와 일치한다.

정수지의 소독 효율(CT값 확보)을 높이기 위한 장방형 구조 기준으로 ㄴ(장폭비 5:1~15:1)과 ㄹ(정수지 용량을 3~5개의 수로로 구분, 2~4개의 도류벽 설치)이 옳다. ㄱ은 최소 체류시간을 1시간 이상으로 확보해야 하므로 "1시간 이내"는 틀리고, ㄷ은 최소 수심이 3m 정도가 되어야 하므로 "2m"는 틀리다.

세균 사멸이 1차반응을 따르므로 $\ln\left(\dfrac{N}{N_0}\right) = -kt$이며, 10분 만에 90%가 사멸했다는 것은 $\dfrac{N}{N_0}=0.1$이라는 뜻이다.

이로부터 $k = \dfrac{\ln 10}{10} \approx 0.230/\mathrm{min}$이 구해지고, 99.9% 살균($N/N_0=0.001$)에 필요한 시간은 $t = \dfrac{\ln 1000}{k} = \dfrac{6.908}{0.230} \approx 30\,\mathrm{min}$이다.

배슬러지지는 슬러지가 장시간 체류하면 부패·악취가 발생할 수 있으므로 슬러지 체류시간을 24시간 이내로 유지하는 것이 바람직하다.

• 용량은 24시간 평균배슬러지량과 1회 배슬러지량 중 큰 값을 기준으로 정하는 것이 원칙이다.
• 고수위에서 주벽 상단까지의 여유고는 30cm 이상을 확보해야 한다.
• 슬러지 배출관은 폐쇄를 막기 위해 관경을 100mm보다 여유 있게 확보하는 것이 일반적이다.

지오스민, 2-MIB는 분자 상태로 용존해 있는 미량 냄새물질이므로 입자를 걸러내는 체거름(straining)은 활성탄 흡착 제거 기작으로 작용하지 않는다.

경쟁적 흡착, 흡착된 물질의 탈착, 활성탄 표면에 서식하는 미생물에 의한 생분해는 모두 입상활성탄에서의 실제 제거·재방출 기작에 해당한다.

조침지방식(침지형)은 막모듈을 그대로 처리조에 담가 흡인 여과하는 방식으로, 장치 구성이 간단하고 막모듈 교체도 수월하다.

• 막엘리먼트를 케이싱에 수납해 여과하는 것은 조침지방식이 아니라 케이싱형(가압형)의 특징이다.
• 조침지방식도 십자흐름 여과를 적용할 수 있어 전량여과만 가능한 것은 아니다.
• 순환펌프로 순환에너지를 쓰는 방식은 가압 순환형의 특징이며, 침지형은 흡인 방식이라 상대적으로 에너지효율이 높다.

농축된 난용해성 물질이 용해도를 초과해 막면에 석출되는 현상은 막 자체의 재질 변화가 아니라 표면에 물질이 쌓이는 파울링(스케일링)에 해당하며, 비가역적인 막 재질의 변화를 뜻하는 열화와는 구분된다.

장기 압력부하에 의한 압밀화(물리적 열화), pH·온도에 의한 분해(화학적 열화), 미생물 작용에 의한 변화(생물학적 열화)는 모두 실제 열화 유형에 해당한다.

자외선(UV) 소독은 미생물 세포벽 내의 RNA와 DNA에 광화학적 손상을 주어 복제·증식을 억제하는 방식이며, 박테리아 사멸에 유효한 빛의 파장은 200~295nm(자외선 영역)이다. 오존·염소·이산화염소 소독은 산화력을 이용한 화학적 소독법으로 DNA에 직접 광화학적 손상을 주는 방식이 아니므로 해당하지 않는다.

용존성 철·망간을 오존으로 산화시킬 때의 이론적 당량비는 $0.43\,\mathrm{mgO_3/mgFe}$, $0.88\,\mathrm{mgO_3/mgMn}$으로, 이는 $\mathrm{Fe}^{2+}\!\to\!\mathrm{Fe}^{3+}$, $\mathrm{Mn}^{2+}\!\to\!\mathrm{Mn}^{4+}$ 산화반응의 화학양론에서 도출되는 값이다.

폭기로 산소를 공급하면 오히려 용존 상태의 $\mathrm{Fe}^{2+}$이 $\mathrm{Fe}^{3+}$로 산화되는 반응이 촉진되어 침전·여과로 제거하기 쉬워지므로, 산화가 촉진되기 어렵다는 서술은 옳지 않다.

낮은 pH의 물에서 유리탄산을 제거해 pH를 높이는 것, 트리클로로에틸렌 같은 휘발성 유기염소화합물이나 황화수소 같은 냄새물질을 제거하는 것은 폭기처리의 실제 효과에 해당한다.

액화염소 저장실은 누출 사고 시 확산을 막기 위해 염소주입기실과 분리하여 설치하는 것이 원칙이며, 같은 장소에 두는 것은 옳지 않다.

실온을 10~35℃로 유지하고 내진·내화 구조로 안전한 위치에 설치하며, 방액제와 피트를 두어 누출액의 확산을 막는 구조로 하는 것은 실제 기준과 일치한다.

미생물 시험에 사용한 배지·기구 등은 통상 멸균 처리 후 폐기하는 것이 원칙이며, 반드시 의료폐기물로만 폐기하여야 한다고 규정하는 것은 옳지 않다.

수욕상 가열이 수온 100℃에서의 가열을 뜻하며 약 100℃ 증기욕을 쓸 수 있다는 것, 무게를 정확히 단다는 것이 0.1mg까지를 의미한다는 것, 항량이 1시간 더 강열해도 전후 차가 g당 0.3mg 이하인 상태를 뜻한다는 것은 총칙의 실제 정의와 일치한다.

기기검출한계는 바탕시료를 반복 측정 분석한 결과의 표준편차에 3배를 곱해 구하는 값으로, 이는 정도관리 항목의 실제 정의와 일치한다.

• 시험분석 대상물질을 기기가 검출할 수 있는 최소한의 농도·양이라는 정의는 방법검출한계가 아니라 기기검출한계에 대한 설명이다.
• 시료와 동일한 매질에 표준물질을 첨가해 검정곡선을 작성하는 방법은 내부표준법이 아니라 표준물첨가법이다.
• 반복시험 결과를 상대표준편차로 나타내는 반복성은 정확도가 아니라 정밀도의 정의이다.

세 설명 모두 옳으므로 ㄱ, ㄴ, ㄷ 전부 해당한다. 원자흡수분광광도법에서 사용하는 불꽃(가연성 기체-조연성 기체 조합)의 특성에 대한 설명이다.

• ㄱ: 수소-공기 불꽃은 원자외 영역에서 불꽃 자체의 흡수가 적어 이 파장영역에서 흡수선을 갖는 원소 분석에 적당하다.
• ㄴ: 프로판-공기 불꽃은 불꽃온도가 낮고 일부 원소에 대해 높은 감도를 나타낸다.
• ㄷ: 아세틸렌-아산화질소 불꽃은 불꽃온도가 높아 불꽃 중에서 해리하기 어려운 내화성 산화물을 만들기 쉬운 원소 분석에 적합하다.

염소이온은 질산은 적정법(Mohr법), 이온크로마토그래피 등으로 분석하며, EDTA 적정법은 칼슘·마그네슘 등 경도 측정에 쓰이는 방법이므로 염소이온 분석법으로 연결한 것은 옳지 않다.

질산성질소의 이온크로마토그래피, 카바릴의 고성능액체크로마토그래피, 염소소독부산물의 기체크로마토그래피는 실제 적용 가능한 시험방법이다.

규정에 부합하는 것은 ㄹ: 99.68%(2.5log)이다.

정수처리 인증 규정상 여과방식별 병원성 미생물 제거율 표에서, 한외여과의 바이러스 제거율은 99.9%(3.0log)로 이미 제시되어 있고 이는 지아디아 포낭 제거율과 동일하게 99.9%(3.0log)로 규정되어 있어 ㄹ: 99.9%(3.0log)가 되어야 하지만, 보기 중 ㄹ 항목의 값으로 99.68%(2.5log)가 아닌 값은 없다.

급속여과(ㄱ), 직접여과(ㄴ), 완속여과(ㄷ) 칸은 각각 표에 주어진 값과 대조하면 다음이 정답 형태이다.

• ㄱ은 바이러스 99.68%(2.5log)
• ㄴ은 지아디아 99.68%(2.5log)
• ㄷ은 크립토스포리디움 99%(2.0log)

수돗물에 대한 총대장균군 시험 결과는 시료량 100mL를 기준으로 '불검출/100mL' 또는 '검출/100mL'로 표기하므로, 250mL를 기준으로 표기한다는 서술은 옳지 않다.

수도꼭지 시료 채취 전 2~3분간 흘려버리는 것, 잔류염소가 있을 때 멸균한 티오황산나트륨 용액으로 중화하는 것, 시약 교체 시 양성·음성 대조군을 함께 시험해 결과를 판정하는 것은 실제 시험방법과 일치한다.

Geosmin의 평상시 1회/분기는 실제 기준과 맞지 않는다. Geosmin은 평상시 1회/분기가 아니라 조류경보 단계에 따라 달라지는 항목으로, 평상시에는 1회/반기(6월, 9월)이며 조류경보 "주의" 단계에서 2회/주, "경계" 이상에서 4회/주의 검사주기를 적용한다.

상수원수 감시항목의 검사주기는 항목별·계절·상황에 따라 구분되며, 나머지는 모두 올바르다.

• Corrosion Index(LI)는 4회/년
• Microcystins(6종)은 평상시 1회/반기(6월, 9월)
• 2-MIB는 조류경보 "경계" 단계 발령시 2회/주

등온흡착은 일정 온도에서 평형 농도와 흡착된 피흡착물질의 양 사이의 관계를 나타낸 것이며, 시간에 따른 흡착량 변화(흡착 속도론)와는 다른 개념이므로 "시간에 따른"이라는 서술은 옳지 않다.

Langmuir 모델은 흡착력이 작용하는 한계를 단분자 두께로 보는 단분자층 흡착 모델이고, B.E.T. 모델은 다분자층 흡착을 가정하며, Freundlich 모델에서 $1/n$이 0.1~0.5인 경우 저농도에서도 흡착이 잘 이루어져 효과적이라는 설명은 실제 등온흡착 이론과 일치한다.

유효 접촉시간 T = (정수지 용량 × 환산계수) / 시간당 최대통과유량 × 60으로 구한다: $T = \dfrac{6000 \times 0.4}{4000} \times 60 = 36$분. 잔류소독제 농도는 C = CT값 / T이므로 $C = \dfrac{54}{36} = 1.5$ mg/L이 된다.

오존은 염소로는 불활성화하기 어려운 지아디아·크립토스포리디움 같은 원생동물 병원성 미생물에 대해 오히려 효과가 크다고 알려져 있으므로, 효과가 낮다는 서술은 옳지 않다.

이론적 당량비로 볼 때 망간 제거에 필요한 오존주입량이 철 제거보다 크고, 전염소처리로 이미 생성된 트리할로메탄은 오존으로 거의 제거되지 않으며, 2-MIB 같은 냄새물질은 오존주입률 증가에 비례해 처리효율이 높아지는 것은 실제와 일치한다.

옳은 것은 ㄱ, ㄹ이다.

• ㄱ. 세척의 목적은 여과지 내 탄층의 통수능력(여과저항)을 회복시키기 위한 것이므로 옳다.
• ㄴ. 동일 입경 조건에서는 활성탄이 모래보다 비중이 작아 역세척 속도는 모래층보다 낮게 설정해야 하므로 틀리다.
• ㄷ. 미생물·미소동물 번식을 고려하여 세척빈도를 높이면 오히려 활성탄 표면의 생물막이 과도하게 제거되어 처리효율이 저하되므로, "현저히 저하된다"는 세척빈도를 낮출 경우에 해당하는 설명이라 틀리다.
• ㄹ. 역세척 시 수온이 낮아지면 물의 점성이 커져 탄층이 더 팽창하므로 수온은 탄층팽창률에 영향을 미치는 요인이 맞다.

폴리염화알루미늄(PACl)은 이미 적정 농도로 제조된 제품이므로 원액 그대로 주입하는 것이 바람직하며, 이는 응집처리 운전의 실제 원칙과 일치한다.

자-테스트는 응집제 주입 후 급속교반으로 신속히 분산시킨 뒤 완속교반으로 플록을 성장시키고 침강·상징수 분석으로 이어지는 순서가 원칙이므로 완속교반이 급속교반보다 앞선다는 서술은 옳지 않고, 원수 성상에 따라 조건을 달리 설정해야 하므로 각 정수장 조건과 무관하게 일정하다는 서술도 옳지 않다.

정수처리기준상 여과수 탁도는 개별 시료 측정값이 1NTU를 초과하지 않아야 하므로, 2NTU 이하를 기준으로 제시한 서술은 옳지 않다.

탁도측정 시료는 모든 여과지 유출수가 혼합되는 지점에서 4시간 간격으로 1일 6회 채취하며, 완속여과시설은 매월 측정 시료의 95% 이상이 0.5NTU 이하가 되어야 한다는 기준은 실제와 일치한다.

상수원 구간의 조류경보 발령 기준에서 2회 연속 남조류 세포수 10,000cells/mL 이상, 클로로필-a 25mg/㎥ 이상이면 관심단계, 2회 연속 남조류 세포수 1,000,000cells/mL 이상, 클로로필-a 100mg/㎥ 이상이면 경계단계이다. 제시된 표는 조류독소(마이크로시스틴)가 10μg/L 이상인 경우를 포함하는데, 이는 상수원 구간의 경계단계 발령 기준 중 하나에 해당한다.

디클로로메탄은 먹는물 수질기준상 건강상 유해영향 유기물질로 분류되는 항목이다.

포름알데히드, 디브로모아세토니트릴, 할로아세틱에시드는 모두 소독·산화 과정에서 생성되는 소독부산물 항목에 속해 유기물질 항목과는 구분된다.

감시항목으로 설정한 물질의 인체위해도를 근거로 평생 섭취해도 건강에 위해를 끼치지 않는 수준으로 정한 수질관리 목표값을 감시기준이라 한다.

질산성질소는 먹는물수질공정시험기준상 자외선-가시선 분광법으로 분석 가능한 이온항목이다.

황산이온·브롬산염은 주로 이온크로마토그래피로, 염소이온은 적정법이나 이온크로마토그래피로 분석하는 것이 일반적이다.

불활성화비 계산방법 및 정수처리 인증 등에 관한 규정에서는 나노여과(NF)와 역삼투(RO)를 여과공정만으로 병원성미생물의 최소 제거·불활성화기준을 충족하는 것으로 인정한다. 이는 두 공정의 막공경이 매우 작아 바이러스·지아디아·크립토스포리디움 등을 물리적으로 충분히 제거할 수 있다고 인정되기 때문이다.

반면 정밀여과(MF)는 상대적으로 공극이 커서 바이러스 등 초미세 병원성미생물 제거에 대한 신뢰성이 낮아 단독으로는 기준 충족 공정으로 인정되지 않는다.

수도법령상 정수처리기준을 지켜야 하는 대상은 광역상수도·지방상수도 등 일반수도사업자가 원칙이며, 소규모 수도시설인 마을상수도까지 포함하여 규정한 것은 옳지 않다.

정수처리기준이 정한 병원성 미생물이 바이러스·지아디아 포낭·크립토스포리디움 난포낭이라는 점, 지표수의 영향을 받지 않는 지하수를 상수원으로 쓰며 인증을 받은 경우 준수 의무가 면제된다는 점, 인증주기가 3년이고 최초 인증 후 1년~1년 6개월까지의 기간 내에 사후평가를 받아야 한다는 점은 실제 규정과 일치한다.

수도법 시행규칙상 병원성미생물에 의해 오염되었거나 오염될 우려가 있는 경우, 수도꼭지에서 유지해야 하는 유리잔류염소의 최소 농도는 0.4mg/L 이상이다.

평상시 위생상 조치 기준은 유리잔류염소 0.1mg/L 이상(또는 결합잔류염소 0.4mg/L 이상)이지만, 오염 우려가 있는 상황에서는 소독력을 강화하기 위해 이보다 높은 농도를 요구한다.

응집용약품의 저장설비는 약품 수급이 일시 중단되어도 정수처리를 지속할 수 있도록 충분한 기간분의 용량으로 계획해야 하며, 일주일간 사용할 수 있는 용량으로 한정하는 것은 설계기준에 맞지 않는다.

• 저장설비의 손상·누출에 대비한 주기적 청소·점검 대책은 실제 요구되는 관리사항이다.
• 주입설비는 최대~최소 범위에서 정밀하게 계량 가능해야 한다는 것도 타당한 요구조건이다.
• 약품과 접촉하는 설비는 부식을 막기 위해 내식성 구조·재질로 해야 한다는 것도 옳은 설명이다.

응집설비 운영에서는 희석배율을 가능한 한 작게 하여 주입약품의 농도를 높게 유지하는 것이 정확한 주입 제어에 유리하다.

• 주입률은 원수수질(탁도 등) 변화에 따라 수시로 조정해야 하며 일정하게 고정하지 않는다.
• 희석지점은 정확한 혼합을 위해 주입지점과 가깝게 설치해야 한다.
• 주입량은 처리수량에 주입률을 곱하여 산출하는 것이지 나누는 것이 아니다.

가압수확산에 의한 혼화방식은 정수장 내 기존 가압수(급수용수관·고양정펌프 토출수)를 이용하므로, 별도의 기계식 교반장치보다 소비전력이 작다는 것이 특징이다.

따라서 소비전력이 기계식 혼화보다 크다는 설명은 옳지 않다.

• 직경이 매우 큰 대형관이나 넓은 수로에서는 가압수 확산 범위가 제한되어 적용이 어렵다.
• 별도의 혼화기 구조물을 거치지 않으므로 추가 손실수두가 거의 없다.

고속응집침전지는 슬러지블랑키트를 형성시켜 운전하며, 배출되는 슬러지는 블랑키트 상태의 슬러리를 뽑아내는 것이어서 횡류식 침전지의 침전슬러지에 비해 농도가 낮고 발생량은 많다.

따라서 횡류식침전지와 비교하여 고농도이며 소량으로 발생한다는 설명은 옳지 않다.

• 슬러리 농도와 슬러지블랑키트면의 높이를 적정 범위로 유지하는 것은 고속응집침전지 운전의 핵심 관리항목이다.
• 배출량을 일정하게 관리하기 위해 슬러지 배출밸브의 개폐는 타이머에 의한 자동조작을 원칙으로 한다.

여과지 하부집수장치 중 바닥판에 분산실과 송수실을 갖는 성형블록을 병렬로 연결하여 설치하는 방식은 유공블록형이다.

유공관형은 관 표면에 다수의 구멍을 뚫은 관을 배치하는 방식이고, 스트레이너형은 여과사보다 가는 슬릿을 가진 스트레이너를 사용하는 방식으로 구조가 다르다.

액화염소주입설비는 사용량이 많은 시설(20kg/h 이상)에는 액체 염소를 안정적으로 기화시키기 위해 원칙적으로 기화기를 설치해야 한다.

• 염소주입기실은 지하실이나 통풍이 나쁜 장소를 피하고, 주입지점에서 가급적 가까운 곳에 설치해야 한다.
• 한랭 시에도 액화염소의 기화가 원활하도록 간접보온장치로 실내온도를 충분히 유지해야 하며, 5~10℃ 수준으로 낮게 유지하는 것은 적절하지 않다.
• 누출된 염소가스는 공기보다 무거워 낮은 곳에 체류하므로, 주입기실을 주입점의 수위보다 낮은 실내에 두는 것은 원칙에 맞지 않는다.

배출수량은 표면세척수량 + 역세척수량의 합으로 구한다. 표면세척수량 = 여과표면적 × 표면세척속도 × 표면세척시간 = $20 \times 0.1 \times 5 = 10\,m^3$, 역세척수량 = 여과표면적 × 역세척속도 × 역세척시간 = $20 \times 0.6 \times 6 = 72\,m^3$. 따라서 배출수량 = $10 + 72 = 82\,m^3/회\cdot지$가 된다.

펌프의 흡입관에는 유동저항과 캐비테이션 발생 위험을 줄이기 위해 체크밸브·제어밸브 등 부속밸브 설치를 피하는 것이 원칙이며, 이러한 밸브는 주로 토출관 쪽에 설치한다.

따라서 흡입관에 체크밸브와 제어밸브를 설치한다는 설명은 옳지 않다.

• 흡입관은 공기가 갇히지 않도록 배관해야 한다.
• 흡수정은 난류·와류가 생기지 않는 형상으로 설계해야 한다.
• 펌프 기초는 하중과 진동에 견딜 수 있는 충분한 강도가 필요하다.

역류방지 용도로 사용하는 밸브는 체크밸브이며, 다공가변형 오리피스밸브는 주로 유량조절·감압 등 제어용으로 사용하는 밸브이다.

따라서 역류방지용으로 다공가변형 오리피스밸브를 연결하는 것은 옳지 않은 조합이다.

관로보호용 공기밸브, 차단용 제수밸브, 제어용 버터플라이밸브는 각각 용도에 맞는 통상적인 조합이다.

펌프의 서징현상을 방지하려면 바이패스관 등을 설치하여 운전점이 펌프 특성곡선의 우향 하강 구간(유량이 늘수록 양정이 단조 감소하는 구간)에 위치하도록 하는 것이 효과적이다.

• 유량-양정곡선이 오른쪽 위로 솟는 산형(불안정) 구배 특성을 갖는 펌프는 오히려 서징을 유발하기 쉬워 피해야 한다.
• 배관 중에 수조나 공기실이 있으면 서징이 발생하기 쉬운 조건이 되므로 방지대책이 될 수 없다.
• 유량조절밸브는 흡입구가 아니라 토출구 쪽에 설치하는 것이 일반적이다.

전동기·개폐기 계통에서 기기 간 오조작을 방지하는 원칙적인 방법은 전기적·기계적 인터록(연동장치)을 구성하는 것이며, 모든 개폐기에 수동 잠금장치를 우선 설치하는 것은 표준적인 설계원칙이 아니다.

회전속도제어방식은 제어범위·생애주기비용·신뢰성·보수성을 종합 검토해 선정해야 하고, 고효율 전동기 채택 검토, 전원용량·용도에 맞는 3상 유도전동기 기동방식 선정은 모두 타당한 설계 원칙이다.

수변전설비의 주요 변압기는 정전 시 전체 시스템이 마비되지 않도록 복수 뱅크로 이중화하여 신뢰성을 확보하는 것이 원칙이며, 단일 뱅크로 집중구성하는 것은 오히려 고장 시 전면 정전 위험을 키운다.

주회로는 점검·보수 시 전체 정전을 피하도록 간소하게 구성하고, 배치는 유지관리가 용이해야 하며, 이상전압으로부터 설비를 보호하기 위한 피뢰기 설치도 타당한 설계 원칙이다.

전력공급자와 수용가 사이의 안전상 책임한계점(책임분계점)에 설치하는 구분개폐기로는 단로기 또는 부하개폐기(지락보호장치부)가 사용된다.

파워퓨즈나 차단기류는 보호·차단 기능에, 피뢰기·서지흡수기는 이상전압 보호에 사용되는 설비로 책임한계점 구분개폐기의 정의에는 해당하지 않는다.

절연협조란 이상전압 발생 시 피뢰기의 보호레벨을 전기회로(기기)의 절연강도보다 낮게 설정하여, 피뢰기(보호기기)가 먼저 동작해 다른 설비를 보호하도록 하는 설계 개념이다.

기기의 절연강도를 발생 가능한 이상전압보다 항상 낮게 설계한다거나, 모든 설비에 동일한 절연계급을 일률 적용한다거나, 절연계급을 기계적 강도로 정한다는 설명은 절연협조의 정의와 맞지 않는다.

저항 30Ω과 유도성 리액턴스 40Ω이 병렬로 연결된 회로에서 전전류는 두 분기 전류의 벡터합으로 구한다.

$I_R=\dfrac{120}{30}=4\,\mathrm{A}$
$I_L=\dfrac{120}{40}=3\,\mathrm{A}$

저항 전류와 유도성 전류는 위상이 90° 차이나므로 $I=\sqrt{I_R^2+I_L^2}=\sqrt{4^2+3^2}=5\,\mathrm{A}$로, 전전류의 크기는 5.0A이다.

감시제어설비 구성 시에는 시설의 규모·확장성, 운전자의 기술 수준과 운전관리 체계, 인간공학적 조작성 등 운영 환경에 맞춘 요소를 종합적으로 고려해야 한다.

반면 통신 프로토콜의 국제표준 적합성은 감시제어설비 구성 시 고려사항으로 명시되는 항목이 아니다.

전자유량계 검출기를 수직으로 설치할 경우, 관 내부를 항상 완전 충수 상태로 유지하기 위해 유체는 아래에서 위로 흐르도록 설치하는 것이 원칙이다.

위에서 아래로 흐르게 설치하면 관이 완전히 채워지지 않을 위험이 있어 정확한 측정이 어려워진다.

• 정확한 측정을 위한 유속 범위(1~3m/s)와 상류·하류 직관장(10D 이상, 5D 이상) 기준은 타당한 설명이다.
• 도전율이 불균일해지지 않도록 약품주입 지점 직후 설치를 피하는 것도 옳은 설명이다.

포지셔너 입력신호 범위가 4~20mA인 밸브는 신호값에 선형으로 비례해 개도가 결정된다.

$\text{개도율}=\dfrac{16-4}{20-4}\times100=\dfrac{12}{16}\times100=75\%$

따라서 16mA 신호를 가했을 때 밸브 개도율은 75%이다.

물질안전보건자료(MSDS)에는 유해성·위험성, 구성성분의 명칭 및 함유량, 응급조치 요령, 폭발·화재 시 대처방법, 누출사고 시 대처방법, 취급·저장방법, 물리화학적 특성, 독성에 관한 정보 등이 포함되어야 한다.

그러나 생물학적 특성은 MSDS 작성 시 명시되는 항목에 해당하지 않는다.

산업안전보건법령상 안전인증대상 기계·설비에는 프레스, 전단기 및 절곡기, 크레인, 리프트, 압력용기, 롤러기, 사출성형기, 고소작업대, 곤돌라가 규정되어 있다.

크레인·압력용기·고소작업대는 모두 이 목록에 포함되지만, 건조기는 안전인증대상 기계·설비에 해당하지 않는다.

점성계수 μ와 표면장력 σ의 차원은 힘(F) 표시와 질량(M) 표시로 각각 나타낼 수 있다.

점성계수는 $\mu=\dfrac{F\cdot T}{L^2}$ 형태이므로 [FL⁻²T]로 표시되고, 질량 기준으로 환산하면 $[ML^{-1}T^{-1}]$과 같은 차원이다.

표면장력은 단위길이당 힘이므로 $\sigma=\dfrac{F}{L}$이며 질량 기준으로는 [MT⁻²]가 된다. 따라서 점성계수 [FL⁻²T], 표면장력 [MT⁻²]의 조합이 옳다.

단위중량 γ=1,200kgf/m³은 비중 1.2에 해당하여 밀도 ρ=1.2g/cm³로 두고, 동점성계수 ν=1.1×10⁻⁵m²/s는 단위 환산 시 0.11cm²/s(=0.11 Stokes)가 된다.

$\mu=\rho\cdot\nu=1.2\,\mathrm{g/cm^3}\times0.11\,\mathrm{cm^2/s}=0.132\,\mathrm{poise}$

따라서 이 액체의 점성계수는 0.132poise이다.

모세관 상승높이는 표면장력에 의한 상향력과 상승한 물기둥의 무게가 평형을 이루는 조건에서 유도된다.

직경 D인 모세관에서 접촉둘레(πD)를 따라 작용하는 표면장력의 연직 성분과 물기둥 무게를 같게 놓으면 상승높이는 $h=\dfrac{4\sigma\cos\theta}{\gamma D}$로 표현된다.

압력이 1기압이므로 압력수두는 대기압에 해당하는 약 10.34m이며, 여기에 위치수두와 속도수두를 더한 것이 총수두이다.

$\text{압력수두}=\dfrac{P}{\gamma}\approx10.34\,\mathrm{m}$
$\text{속도수두}=\dfrac{v^2}{2g}=\dfrac{6^2}{2\times9.8}\approx1.84\,\mathrm{m}$

$\text{총수두}=10.34+3+1.84\approx15.17\,\mathrm{m}$이므로, 압력수두는 10.34m, 총수두는 15.17m이다.

Manning 조도계수와 마찰손실계수의 관계는 $f=\dfrac{124.6\,n^2}{D^{1/3}}$이다.

Darcy-Weisbach 식에서 동수경사는 $I=\dfrac{f}{D}\cdot\dfrac{V^2}{2g}$ 이고, Manning 식 $V=\dfrac{1}{n}R^{2/3}I^{1/2}$ 를 정리하면 $I=\dfrac{n^2V^2}{R^{4/3}}$ 이다. 두 식을 같다고 놓으면 $f=\dfrac{2gDn^2}{R^{4/3}}$ 를 얻는다.

원형 관로가 만수로 흐를 때 경심은 $R=\dfrac{D}{4}$ 이므로 $f=2g\cdot 4^{4/3}\cdot\dfrac{n^2}{D^{1/3}}=19.62\times 6.35\times\dfrac{n^2}{D^{1/3}}\fallingdotseq\dfrac{124.6\,n^2}{D^{1/3}}$ 로 정리된다.

직경의 지수는 $D^{4/3}$ 과 분자의 $D$ 가 상쇄되어 $D^{1/3}$ 이 되며, 계수는 약 124.6이다. 계수를 62.3이나 133.5로 두거나 지수를 $D^{2/3}$ 로 둔 식은 이 대입 과정과 어긋난다.

개수로 흐름에서 수로벽의 마찰로 인해 벽 근처 유속은 느려지지만, 최대유속은 수면이 아니라 수면보다 약간 아래에서 나타나는 것이 일반적이다(수면의 표면장력·공기저항 영향).

따라서 수면에서 최대유속이 된다는 설명은 옳지 않다.

프루드수가 관성력과 중력의 비로 흐름을 구분하는 기준이라는 것, 관성력과 점성력의 비(레이놀즈수)로 층류·천이류·난류를 구분한다는 것, Manning 조도계수가 작을수록 유속이 빨라진다는 것은 모두 타당한 설명이다.

파샬플룸(Parshall flume)은 개수로 도중에 단면을 좁혀 한계류(임계류)가 발생하도록 유도한 뒤, 그 수위를 측정해 유량을 산정하는 장치이다.

• 위어는 개수로용 측정장치이므로 관수로 유량 측정에는 사용하지 않는다.
• 유량이나 월류수심이 작을 때는 사각형 위어보다 삼각형(직각삼각) 위어가 더 정확하다.
• 벤츄리미터는 오리피스보다 손실수두가 작다는 것이 특징이다.

상수도설계기준상 개수로 흐름에서 층류로 구분되는 레이놀즈수 범위는 500 이하이며, 500~2,000 사이는 천이역, 2,000을 넘으면 난류로 구분한다.

개수로 흐름은 자유수면이 대기압에 노출된 채 중력으로 흐르는 것이므로 자연하천과 인공운하가 여기에 해당한다.

개수로에서는 수면이 곧 압력수두의 기준선이 되어 수면경사가 에너지경사를 지배하고, 유량이 바뀌면 단면이 아니라 수심 자체가 변한다는 점이 관수로와 결정적으로 다르다.

• 송수관망은 관을 가득 채워 압력으로 흐르는 관수로다. 자유수면이 없어 수두가 관 내 압력으로 결정되고, 유량이 변해도 통수단면은 고정된다.
• 사이펀은 관정부가 대기압보다 낮은 부압이 되도록 밀폐된 관을 통해 흐르므로 역시 관수로 흐름이다.

관을 가득 채워 흐르는 정상류에서는 연속방정식(Q = A·V = 일정)이 성립하므로, 관경이 줄어든 축소부의 유속은 약 3.4 m/s가 된다.

그림은 굵은 관이 경사진 축소부를 거쳐 가는 관으로 이어지는 관로 단면으로, 굵은 쪽에 유속 V₁과 안지름 D₁이, 가는 쪽에 유속 V₂와 안지름 D₂가 표시되어 있다. 수치는 발문에 주어진 D₁ = 120 cm, V₁ = 1.5 m/s, D₂ = 80 cm를 쓴다. 원형관의 단면적은 $A=\dfrac{\pi D^{2}}{4}$이므로 유속비는 지름의 제곱에 반비례한다.

식: $A_1 V_1 = A_2 V_2 \;\Rightarrow\; V_2 = V_1\left(\dfrac{D_1}{D_2}\right)^{2}$
대입: $V_2 = 1.5 \times \left(\dfrac{120}{80}\right)^{2} = 1.5 \times 1.5^{2}$
결과: $V_2 = 1.5 \times 2.25 = 3.375 \approx 3.4\ \mathrm{m/s}$

지름이 $\dfrac{1}{1.5}$배로 줄면 유속은 그 제곱인 2.25배로 커진다는 점이 핵심이다. 지름 비를 제곱하지 않고 그대로 곱해 2.25 m/s 부근으로 보거나, 관이 좁아지면 유속도 느려진다고 거꾸로 판단하면 오답이 된다. 지름 비는 무차원이므로 cm를 m로 환산할 필요 없이 V₁의 단위(m/s)가 그대로 유지된다.

관수로의 마찰손실수두는 달시-바이스바흐식 $h_f=f\dfrac{L}{D}\cdot\dfrac{v^2}{2g}$에서 보듯 관의 길이(L)에 비례한다.

• 마찰손실수두는 관 직경에 비례하는 것이 아니라 반비례 관계를 갖는다.
• 국부적 손실수두는 유입·유출·급확대·급축소 등에서 실제로 발생한다.
• 마찰손실수두는 유속의 제곱에 비례하며, 반비례하지 않는다.

표면부하율은 침전지 표면적 대비 시간당 처리유량으로 구한다.

$Q=\dfrac{24000}{24}=1000\,\mathrm{m^3/h}$
$A=50\times8\times2=800\,\mathrm{m^2}$

$\dfrac{Q}{A}=\dfrac{1000}{800}=1.25\,\mathrm{m/h}$이므로, 표면부하율은 1.25m/h이다.

기계식 혼화장치의 속도경사(G)는 $G=\sqrt{\dfrac{P}{\mu V}}$로 나타내며, 교반동력(P)·물의 점성계수(μ)·혼화지 부피(V)에 의해 결정된다.

중력가속도는 이 식에 포함되지 않으므로 G를 결정하는 요소가 아니다.

급속여과지의 여과속도 제어방식 중 유량제어형·수위제어형·자연평형형은 모두 여과속도를 일정하게 유지하는 정속여과방식의 세부 형식이다.

따라서 이 세 가지를 정압여과방식으로 묶은 설명은 옳지 않다.

여과층 두께와 유효경 비(L/De)의 합이 1,000 이상을 표준으로 하는 것, 급속여과지가 수리학적으로 중력식·압력식으로 구분되는 것, 여과면적을 계획정수량÷여과속도로 계산하는 것은 모두 타당한 설명이다.

Chick-Watson식은 소독효율을 미생물 개체수(N), 소독제 농도(C), 접촉시간(t)의 관계로 나타내는 식($\dfrac{dN}{dt}=-k\,C^n N$)으로, 수온은 이 식에 직접 포함되는 변수가 아니다.

수온은 반응속도상수 k 등에 간접적으로 영향을 줄 수는 있으나, Chick-Watson식 자체의 구성 변수는 아니다.

펌프의 축동력은 유량·양정·물의 단위중량·효율로 구하며, 먼저 흡입구 유속으로 유량을 구한다.

$v=\dfrac{9000\,\mathrm{m/h}}{3600}=2.5\,\mathrm{m/s}$
$A=\dfrac{\pi}{4}\times0.6^2\approx0.283\,\mathrm{m^2}$
$Q=v\times A\approx0.707\,\mathrm{m^3/s}$

$P=\dfrac{\gamma QH}{\eta}=\dfrac{1000\times0.707\times4}{0.8}\approx3534\,\mathrm{kgf\cdot m/s}\approx34.6\,\mathrm{kW}$이므로, 축동력은 약 34.6kW이다.

양쪽흡입 펌프의 비속도는 유량을 절반으로 나누어 계산한다.

$Q'=\dfrac{0.4}{2}=0.2\,\mathrm{m^3/s}=12\,\mathrm{m^3/min}$

$N_s=\dfrac{N\sqrt{Q'}}{H^{3/4}}=\dfrac{800\times\sqrt{12}}{30^{3/4}}\approx\dfrac{800\times3.46}{12.8}\approx216$

따라서 이 펌프의 비속도는 약 216이다.

밸브의 캐비테이션계수는 대기압수두(Ha)와 하류측 압력수두(H2)의 합에서 증기압수두(Hv)를 뺀 값을, 상·하류 압력수두 차(H1-H2)로 나누어 구한다.

$\sigma=\dfrac{H_a+H_2-H_v}{H_1-H_2}\approx\dfrac{10.3+10-0.2}{21-10}\approx\dfrac{20.1}{11}\approx1.8$

따라서 이 밸브의 캐비테이션계수는 약 1.8이다.

수주분리를 막으려면 펌프가 급정지할 때 관내 유속이 서서히 줄어들도록 회전체의 관성을 키워야 하므로 플라이휠을 설치하는 방법이 옳다.

정전 등으로 펌프가 급히 멈추면 관로 내 유속이 급격히 감소하면서 관로의 최고점 부근 압력이 포화증기압 이하로 떨어져 물기둥이 끊어지는 수주분리가 생기고, 이후 물기둥이 재결합할 때 큰 수격압이 발생한다.

플라이휠은 펌프·전동기 축의 회전관성을 늘려 정전 직후에도 회전수와 유속이 완만하게 감소하도록 하므로 압력의 급강하 자체를 억제하는 근본 대책이 된다.

• 급폐식 체크밸브는 역류가 시작되기 전에 빠르게 닫혀 역류에 의한 수격압을 줄이는 밸브로, 펌프 정지 직후의 압력강하로 생기는 수주분리를 막지는 못한다.
• 완폐식 체크밸브는 밸브를 천천히 닫아 폐쇄 충격을 줄이는 방법일 뿐, 관로 최고점의 압력강하로 인한 수주분리를 막는 대책은 아니다.
• 콘밸브는 개폐 속도를 조절해 수격압을 완화하는 데 쓰이지만, 역시 압력강하에 따른 수주분리 자체를 방지하는 수단은 아니다.

두 대를 병렬운전할 때 실제 운전점의 양수량은 단독운전 양수량의 2배에 못 미치는 것이 일반적이므로, 2배 이상이라는 설명은 옳지 않다.

병렬운전으로 유량이 늘어나면 그만큼 관로의 마찰손실수두도 커져 관로저항곡선이 더 가파르게 작용한다.

이 때문에 두 펌프의 합성 양정-유량곡선과 관로저항곡선이 만나는 실제 운전점의 유량은 산술적으로 단순히 더한 값(2배)보다 작게 나타나는 것이 일반적이다.

펌프의 운전점이 양정곡선과 관로저항곡선의 교점으로 정해진다는 것, 병렬운전이 양정 변화는 적고 양수량 변화가 크다는 것, 비속도(Ns)가 임펠러의 형상을 나타내는 값이라는 것은 모두 옳은 설명이다.