25년 3회차

DO SAG 모델 계열은 모두 Streeter-Phelps식을 기본으로 확장된 하천 용존산소 예측모델이며, 비점오염원의 영향을 고려하지 않는다는 설명은 옳지 않다.

DO SAG-Ⅰ은 점오염원만을 대상으로 한 1차원 정상상태 모델이지만, DO SAG-Ⅲ 단계에 이르러서는 면(비점) 오염원의 부하까지 반영하도록 확장되었다.

1차원 정상상태 모델이라는 점, 저질의 산소소비나 광합성에 의한 용존산소 변화를 무시한다는 점은 이 모델 계열의 공통된 단순화 가정으로 옳은 설명이다.

감소 속도정수는 약 0.231/day이다.

1차 반응에서 반감기는
$k=\dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}$
로 구해지며, 반감기 3일을 대입하면
$k=\dfrac{0.693}{3}=0.231/day$
이므로 감소 속도정수는 약 0.231/day이고, 이는 반감기 3일 조건과 검산이 일치한다.

하천의 사람의 건강보호 기준 중 비소는 0.05mg/L 이하라는 설명이 옳다.

• 6가크롬은 0.05mg/L 이하이지 0.5mg/L 이하가 아니다.
• 음이온계면활성제는 0.5mg/L 이하이지 0.1mg/L 이하가 아니다.
• 테트라클로로에틸렌은 0.04mg/L 이하이지 0.02mg/L 이하가 아니다.

따라서 제시된 수치 중 비소 0.05mg/L 이하만이 현행 환경기준과 일치한다.

하천에 가해지는 폐수의 BOD 부하량은 4050 kg/day이다.

완전혼합 후 BOD 상승분 1mg/L을 물질수지로 세우면
$Q_wC_w+Q_rC_r=(Q_w+Q_r)(C_r+1)$
이며, 수치를 대입하면
$10000C_w+4000000\times4=4010000\times5$
에서 $C_w=405\ \mathrm{mg/L}$로 구해진다.

따라서 부하량은
$405\ \mathrm{mg/L}\times10000\ \mathrm{m^3/day}\div1000=4050\ \mathrm{kg/day}$
이다.

Vollenweider 모델은 호소의 연간 인 부하량과 평균수심, 수리학적 체류시간의 관계로 부영양화 여부를 판정하는 대표적인 경험적(통계적) 모델이다.

복잡한 생태 과정을 직접 계산하지 않고 다수 호소의 실측 자료에서 얻은 상관관계를 이용하는 것이 특징이다.

• WASP, CE-QUAL-W2는 호소·저수지의 성층과 부영양화 해석에 널리 적용되는 역학적 모델이므로 적용할 수 없다는 설명은 틀리다.
• 조류 종 천이를 격자별로 계산한다는 설명은 생태역학 모델에 해당하며 Vollenweider 모델의 성격과 다르다.
• 완전혼합 인 물질수지 모델은 침강계수 항으로 침전에 의한 인 제거를 반영한다.

SAR 값이 크므로 Na⁺가 흙에 미치는 영향이 매우 크다고 볼 수 있다.

당량농도로 환산하면 Na⁺는 1150/23=50meq/L, Ca²⁺는 60/40×2=3meq/L, Mg²⁺는 36/24×2=3meq/L이며,
$SAR=\dfrac{Na^+}{\sqrt{(Ca^{2+}+Mg^{2+})/2}}$
에 대입하면
$SAR=\dfrac{50}{\sqrt{3}}\approx28.9$
로 산정된다.

SAR이 26을 넘는 수준이므로 나트륨이 토양 구조(투수성)에 미치는 영향은 매우 크다고 판정한다.

6일 유하 후 DO 부족량은 약 2.1mg/L이다.

초기 부족량은 $D_0=8-5=3\ \mathrm{mg/L}$이며, Streeter-Phelps 부족량식은
$D_t=\dfrac{K_1L_0}{K_2-K_1}(10^{-K_1t}-10^{-K_2t})+D_0\cdot10^{-K_2t}$
이므로 값을 대입하면
$D_6=\dfrac{0.1\times10}{0.1}(10^{-0.6}-10^{-1.2})+3\times10^{-1.2}$
가 되어 계산하면 약 2.07mg/L, 즉 약 2.1mg/L로 검산된다.

아질산화는 Nitrosomonas가 수행하므로 Nitrobacter에 의해 수행된다는 설명은 옳지 않다.

Nitrobacter는 아질산성 질소를 질산성 질소로 산화시키는 질산화(2단계)를 담당하는 균이며, 아질산화(1단계)와는 담당 균종이 다르다.

독립영양성 세균이라는 점, 수율이 0.04~0.13mg VSS/mg NH₄⁺-N 수준이라는 점, 산소를 필요로 하는 호기성 반응이라는 점은 아질산화에 대한 옳은 설명이다.

유달부하량은 배출원에서 나온 부하가 하천의 대상 지점까지 실제로 도달하는 양으로, 배출부하량 × 유달률로 산정한다.

유하 도중 자정작용·침전·희석 등으로 손실이 생기므로 유달률은 0~1 범위이며 유달부하량은 배출부하량 이하가 된다.

• 처리시설 삭감을 반영한 부하량은 배출부하량이며, 발생부하량은 삭감 전의 원단위 기반 부하량이므로 서로 뒤바뀐 설명이다.
• 유달률이 항상 1보다 크다는 설명은 손실 과정을 고려하면 성립하지 않는다.
• 비점오염원 부하는 강우 시 유출에 집중되어 강우 특성에 크게 좌우된다.

이 아세트산 용액의 수소이온 농도는 약 9.3×10⁻⁴mol/L이다.

몰농도는 $C=\dfrac{3g}{60g/mol}=0.05\ \mathrm{mol/L}$이며(아세트산 분자량 60), 약산의 이온화는
$[H^+]=\sqrt{K_a\times C}$
로 근사되므로 대입하면
$[H^+]=\sqrt{1.75\times10^{-5}\times0.05}\approx9.3\times10^{-4}\ mol/L$
이다.

자정계수는 재폭기계수를 탈산소계수로 나눈 값($f=K_2/K_1$)이므로, 탈산소계수/재폭기계수로 정의된다는 설명은 옳지 않다.

자정계수가 클수록 재폭기가 활발하여 하천의 자정능력이 크다고 해석하며, 정의가 뒤바뀐 진술은 오류이다.

혐기성분해가 호기성분해보다 오래 걸리고 중간산물이 유해할 수 있다는 점, 자정작용의 대부분이 생물학적 작용이라는 점, 응집작용에서 탄산가스에 의한 pH 상승으로 철·망간이 침전한다는 설명은 모두 옳다.

이 폐수의 NBDCOD는 약 166mg/L이다.

먼저 BOD₅로부터 BODu(=BDCOD)를 구하면
$BOD_u=\dfrac{BOD_5}{1-10^{-K_1\times5}}=\dfrac{275}{1-10^{-0.75}}$
이고 계산하면 약 334.5mg/L이므로,

NBDCOD는 전체 COD에서 생분해 가능한 부분을 뺀 값이므로
$NBDCOD=COD-BOD_u=500-334.5\approx166\ \mathrm{mg/L}$
로 검산된다.

반상치(불소증)는 불소 과다 노출로 나타나는 질환이므로, 비소와 반상치를 짝지은 설명은 틀리게 짝지어진 것이다.

비소 중독은 흑피증·각화증·말초신경장애 등이 대표적 증상이며 반상치와는 무관하다.

크롬(6가)과 비중격 연골천공, 아연과 기관지 자극·폐렴, 납과 근육·관절 장애의 연결은 각각 옳게 짝지어진 설명이다.

원핵세포에는 미토콘드리아 같은 막성 세포소기관이 없으므로, 세포소기관이 에너지 생산기능을 수행한다는 설명은 옳지 않다.

원핵세포의 에너지 대사는 세포막(원형질막)에서 직접 이루어지며, 별도의 소기관을 통한 에너지 생산 구조를 갖지 않는다.

세포벽이 세포막 외부에서 지지·보호 기능을 한다는 점, 리보솜이 단백질과 리보핵산으로 구성된 작은 과립체라는 점, 진핵세포보다 세포크기가 작고 유사분열이 없다는 점은 원핵세포에 대한 옳은 설명이다.

pH 2.8인 용액의 [H⁺]는 약 1.58mg/L이다.

수소이온 몰농도는
$[H^+]=10^{-pH}=10^{-2.8}$
이며 계산하면 약 1.585×10⁻³mol/L이고,

수소의 원자량 1을 곱해 질량농도로 환산하면
$1.585\times10^{-3}\ mol/L\times1\ g/mol\times1000=1.58\ mg/L$
로 검산된다.

벤젠류는 초과배출부과금 부과 대상 수질오염물질 목록에 포함되어 있지 않다.

• 구리 및 그 화합물은 초과배출부과금 대상 물질에 포함된다.
• 아연 및 그 화합물은 초과배출부과금 대상 물질에 포함된다.
• 테트라클로로에틸렌은 초과배출부과금 대상 물질에 포함된다.

물환경보전법령상 부과 대상은 유기물질·부유물질과 카드뮴·크롬·구리·아연·비소·수은·납 등 특정 중금속 및 트리·테트라클로로에틸렌 등으로 정해져 있으며, 벤젠류는 별도의 휘발성유기화합물 규제 체계로 관리된다.

고정판에 작용하는 전단응력은 약 1.61×10⁻²g/cm²이다.

뉴턴의 점성법칙
$\tau=\mu\dfrac{du}{dy}$
에서 속도구배는 $du/dy=200/0.5=400\ s^{-1}$이고 점성계수 0.04poise=0.04g/(cm·s)를 대입하면
$\tau=0.04\times400=16\ dyne/cm^2$
이며, 중력가속도 980cm/s²로 나누어 중량단위로 환산하면 약 1.61×10⁻²g/cm²로 검산된다.

유기화합물은 대체로 물에 잘 녹지 않는 특성을 가지므로, 물에 잘 녹는다는 설명은 옳지 않다.

물에 대한 용해도는 오히려 이온결합 위주인 무기화합물이 일반적으로 크며, 유기화합물은 분자결합이 많아 극성이 낮은 경우 소수성을 띤다.

대체로 가연성이라는 점, 녹는점·끓는점이 낮은 경향이 있다는 점, 이온반응보다 분자반응 위주여서 반응속도가 느리다는 점은 유기화합물의 일반적 특징으로 옳다.

분산수가 무한대가 되면 이상적인 완전혼합 흐름 상태이므로, 플러그흐름 상태라는 설명은 옳지 않다.

반대로 분산수가 0에 가까울수록 플러그흐름에 근접하며, 분산수가 커질수록 완전혼합에 가까워진다.

Morrill 지수가 1이면 이상적 플러그흐름이라는 점, 분산이 1이면 이상적 완전혼합 상태라는 점, Morrill 지수 값이 클수록 완전혼합에 근접한다는 점은 옳은 설명이다.

친수성 콜로이드는 틴달효과가 작은 편이므로, 틴달효과가 크다는 설명은 옳지 않다.

틴달효과가 뚜렷하게 나타나는 쪽은 오히려 물과의 친화력이 낮은 소수성 콜로이드이며, 친수성 콜로이드는 물 분자와 강하게 수화되어 있어 산란 특성이 약하다.

유탁상태(에멀전)로 존재한다는 점, 물에 쉽게 분산된다는 점, 소수성 콜로이드를 보호하는 작용을 한다는 점은 친수성 콜로이드에 대한 옳은 설명이다.

최대계획우수유출량은 약 16.7m³/sec이다.

합리식
$Q=\dfrac{1}{3.6}CIA$
(C: 유출계수, I: mm/hr, A: km²)에 유출계수 0.6, 강우강도 100mm/hr, 면적 1km²를 대입하면
$Q=\dfrac{1}{3.6}\times0.6\times100\times1\approx16.7\ m^3/sec$
로 검산된다.

하수도 계획의 목표연도는 원칙적으로 20년 정도로 한다.

하수도시설기준에서는 계획 대상 시설의 내구연한과 사업 규모를 고려해 통상 20년을 계획목표연도로 설정하도록 정하고 있다.

따라서 10년·15년·25년은 표준적으로 채택되는 목표연도가 아니다.

합리식으로 계산하면 우수량은 약 43 m³/sec이다.

관내 유하시간은 $\dfrac{600}{1}=600\,\mathrm{s}=10\,\mathrm{min}$이고, 여기에 유입시간 6분을 더하면 유달시간은 16분이다.

이를 주어진 강우강도식에 대입하면
$I=\dfrac{3660}{16+15}\approx118.1\,\mathrm{mm/hr}$
이고, 합리식 $Q=\dfrac{1}{360}CIA$에 면적 2.0 km²=200 ha와 C=0.65를 넣으면
$Q=\dfrac{1}{360}\times0.65\times118.1\times200\approx42.6\,\mathrm{m^3/s}$이다.

강우강도식의 t에는 유입시간만이 아니라 유입시간과 유하시간을 합한 유달시간을 넣어야 하고, 면적은 ha로 환산해야 한다는 점이 채점 포인트다.

용존공기부상(DAF) 전처리 플록형성지의 교반시간(체류시간)은 3~5분보다 더 길게 확보하는 것이 표준이므로, 3~5분 정도라는 설명은 옳지 않다.

플록 성장에 필요한 접촉시간이 지나치게 짧으면 부상 처리에 적합한 크기의 플록이 형성되기 어렵기 때문에, 실제 설계기준은 이보다 여유 있는 체류시간을 두도록 한다.

플록형성지를 2지 이상으로 구분한다는 점, 유출부에 60~70° 경사 저류벽을 두어 유속을 감쇄시킨다는 점, 폭을 부상지 폭과 같게 하여 10m 정도로 한다는 점은 옳은 설명이다.

접합정의 용량은 계획도수량의 3분 이상이 아니라 이보다 짧은 1.5분 정도 이상을 표준으로 하므로, 3분 이상이라는 설명은 옳지 않다.

접합정은 충분한 수밀성과 내구성을 갖추어야 하지만, 요구되는 저류 용량 자체는 계획도수량의 짧은 체류시간 수준으로 정해져 있다.

유입속도가 큰 경우 월류벽 등으로 유속을 감쇄시켜 유출시킨다는 점, 유출구 중심높이를 저수위보다 관경 2배 이상 낮게 한다는 점, 필요시 양수장치·배수설비·월류장치와 제수밸브를 둔다는 점은 옳은 설명이다.

기계식 플록형성지에서 플로큐레이터의 주변속도는 통상 15~80cm/sec를 표준으로 하므로, 5~15cm/sec라는 설명은 알맞지 않다.

주변속도가 지나치게 느리면 플록 형성에 필요한 교반 에너지가 부족해지므로, 표준은 이보다 높은 범위로 설정되어 있다.

플록형성시간이 계획정수량 기준 20~40분이라는 점, 직사각형이 표준 형태라는 점, 혼화지와 침전지 사이에 위치해 침전지에 붙여 설치한다는 점은 옳은 설명이다.

급수계통은 취수 → 도수 → 정수 → 송수 → 배수 → 급수 순으로 진행된다.

취수원에서 물을 끌어온 뒤(취수) 정수장으로 원수를 보내고(도수), 정수장에서 처리(정수)한 물을 배수지까지 보낸(송수) 다음, 배수관을 통해 수요처 인근까지 나눠 보내고(배수) 각 수용가에 급수하는 것이 표준적 계통이다.

이 지역의 강우강도는 약 70mm/hr이다.

합리식 $Q=\dfrac{1}{3.6}CIA$를 강우강도에 대해 정리하면
$I=\dfrac{3.6Q}{CA}$
이며, 수치를 대입하면
$I=\dfrac{3.6\times800}{0.83\times50}\approx69.4\ mm/hr$
로 약 70mm/hr에 해당한다.

소화 후 슬러지의 부피는 약 18m³이다.

건조슬러지 1m³ 중 VSS 60%가 소화율 50%로 분해되므로 남는 고형물은
$1-(1\times0.6\times0.5)=0.7$
이고, 함수율이 96%(고형물 4%)이므로 부피는 고형물량을 고형물 농도로 나누어 구한다.

$V=\dfrac{0.7}{0.04}=17.5\approx18\ m^3$
이므로 약 18m³로 검산된다.

계획 1일 평균오수량은 계획 1일 최대오수량의 70~80%를 표준으로 하므로, 60~70%라는 설명은 옳지 않다.

평균오수량과 최대오수량의 비율은 계획 시간 최대오수량·지하수량과 함께 하수도시설기준에서 표준 범위로 정해져 있다.

합류식 우천시 계획오수량이 계획 시간 최대오수량의 3배 이상이라는 점, 계획 시간 최대오수량이 계획 1일 최대오수량의 시간당 수량의 1.3~1.8배라는 점, 지하수량이 1인 1일 최대오수량의 10~20%라는 점은 옳은 설명이다.

계란형 관은 원형거보다 관폭이 좁은 형상이므로, 관폭이 커도 되어 수평방향 토압에 유리하다는 설명은 옳지 않다.

계란형은 오히려 폭이 좁아 수평 토압에 유리한 대신, 상하로 긴 단면 형상 때문에 수직방향 시공 정밀도가 더 요구된다.

유량이 작을 때 원형거보다 수리학적으로 유리하다는 점, 재질에 따라 제조비가 늘어날 수 있다는 점, 수직방향 시공 정확도가 요구되어 면밀한 시공이 필요하다는 점은 옳은 설명이다.

하수처리시설 우수 침사지의 표면 부하율은 3600m³/m²·day 정도를 표준으로 한다.

우수 침사지는 강우 시 짧은 시간에 유입되는 다량의 우수를 처리해야 하므로, 오수 침사지보다 훨씬 큰 표면 부하율을 적용한다.

따라서 제시된 값 중 3600m³/m²·day가 표준 설계기준에 해당한다.

순산소활성슬러지법은 밀폐형 반응조를 사용하여 이차침전지에서도 스컴이 발생할 우려가 있으므로, 스컴이 거의 발생하지 않는다는 설명은 옳지 않다.

오히려 순산소법은 스컴 관리가 취약점으로 지적되며, 별도의 스컴 제거 설비가 필요한 경우가 많다.

슬러지 체류시간에 따라 잉여슬러지 발생량이 표준활성슬러지법보다 적다는 점, MLSS 농도를 표준법의 2배 이상 유지할 수 있다는 점, SVI가 보통 100 이하로 유지되어 침강성이 양호하다는 점은 옳은 설명이다.

저수시설의 형태별 분류에 들어가지 않는 것은 저류지이다.

상수도시설기준은 저수시설을 형태별로 댐·호소·유수지·하구둑·저수지·지하댐으로 나눈다. 모두 풍수기의 하천수나 지하수를 가두어 두었다가 갈수기에 취수량을 확보한다는 목적을 가진 시설이다.

나머지 보기가 이 분류에 포함되는 이유는 다음과 같다.

• 지하댐은 지하 대수층에 차수벽을 설치해 흐르는 지하수를 막아 저류하는 시설이다.
• 하구둑은 하구 부근에 둑을 설치해 바닷물과 섞여 쓸 수 없던 하천수를 이용할 수 있게 하는 시설이다.
• 유수지는 본래 치수용이지만 바닥을 깊이 파는 등으로 이수용량을 확보할 수 있는 시설이다.

반면 저류지는 빗물의 첨두유출을 늦추기 위한 우수 저류시설이어서 상수 취수를 위한 저수시설 분류와는 성격이 다르다. 분류표에 있는 '저수지'와 이름이 비슷해 혼동하기 쉬운 보기다.

급속여과지 여과사의 유효경은 0.45~0.7mm 범위가 표준이므로, 1.0~2.0mm 범위라는 설명은 옳지 않다.

여과사 입경이 지나치게 크면 여과 효율이 떨어지고 탁질 통과가 늘어나므로, 실제 표준은 이보다 훨씬 작은 유효경 범위를 요구한다.

여과면적을 계획정수량을 여과속도로 나누어 구한다는 점, 1지의 여과면적을 150m² 이하로 한다는 점, 여과속도를 120~150m/일로 한다는 점은 급속여과지에 대한 옳은 설명이다.

급수관 분기점에서 배수관 내의 최대정수압은 700 kPa를 초과하지 않도록 한다.

배수관의 수압은 상한과 하한이 함께 관리되는데, 하한인 최소동수압은 150 kPa 이상, 상한인 최대정수압은 700 kPa 이하로 유지하는 것이 기준이다.

상한을 두는 이유는 수압이 지나치게 높으면 관 파손과 누수, 급수기구 손상, 수격작용 위험이 커지고 누수량도 늘기 때문이다. 따라서 괄호에 들어갈 값은 700이다.

관정부식은 퇴적물 내 혐기 상태에서 황산염환원세균이 만든 황화수소(H₂S)가 관 상부 공간으로 올라가, 관정부의 결로 수막에서 황산화세균에 의해 황산(H₂SO₄)으로 산화되어 콘크리트를 침식하는 현상이다.

방지대책으로는 유속 확보에 의한 퇴적 방지, 관 내 환기, 내식성 재료·라이닝 적용 등이 있다.

• 부식이 인버트에서만 발생한다는 설명은 틀리며, 오히려 하수면 위의 관정부가 주된 침식 부위다.
• 유속을 늦춰 퇴적을 유도하는 것은 혐기화를 촉진하여 황화수소 발생을 늘리므로 대책이 아니라 원인이 된다.
• 질산화세균의 질산이 주원인이라는 설명은 부식 기작과 맞지 않고, 환기는 부식을 억제하는 대책이다.

배수탑의 유입관·유출관·월류관·배출관에는 부등침하나 신축에 대비하여 신축이음을 설치해야 하므로, 설치할 필요가 없다는 설명은 옳지 않다.

배수탑은 지반 침하나 온도 변화에 따른 신축이 구조적으로 발생할 수 있어, 관 접속부의 손상을 막기 위한 신축이음이 필수적으로 요구된다.

총 수심을 20m 정도로 한계짓는다는 점, 유출구 중심고를 저수위보다 관경 2배 이상 낮게 한다는 점, 고수위에 벨 마우스를 갖는 월류관을 설치한다는 점은 옳은 설명이다.

접촉산화법은 접촉재의 충전량이나 포기 조건을 통해 부착생물량을 어느 정도 조정할 수 있으므로, 임의로 조정하기 어려워 조작조건 변경에 대응하기 용이하지 않다는 설명은 옳지 않다.

부착생물이 유지되는 생물막 공정 특성상 미생물량이 급격히 유실되지 않아 오히려 부하 변동에 안정적으로 대응할 수 있는 점이 접촉산화법의 장점으로 꼽힌다.

슬러지 자산화로 잉여슬러지량이 감소한다는 점, 매체를 균일하게 포기·교반하는 조건 설정이 어려워 사수부가 발생할 우려가 있다는 점, 반송슬러지가 필요 없어 운전관리가 용이하다는 점은 옳은 설명이다.

관마찰 손실수두는 약 16.3m이다.

Darcy-Weisbach식
$h_f=f\dfrac{L}{D}\dfrac{v^2}{2g}$
에 길이 800m, 내경 0.2m, 유속 2m/s, 마찰손실계수 0.02를 대입하면
$h_f=0.02\times\dfrac{800}{0.2}\times\dfrac{2^2}{2\times9.81}\approx16.3\ m$
로 검산된다.

살수여상의 설계 면적은 18m²이다.

최초침전지에서 BOD 35%가 제거되므로 여상 유입 BOD는
$250\times(1-0.35)=162.5\ mg/L$
이고, 여상 BOD 부하량은
$100\ m^3/day\times162.5\ mg/L\div1000=16.25\ kg/day$
이므로,

여상 용적은 부하량을 용적부하로 나눈 $16.25\div0.6\approx27.1\ m^3$이고, 면적은 이를 깊이 1.5m로 나눈 $27.1\div1.5\approx18\ m^2$로 검산된다.

적정한 슬러지 반송률은 약 38%이다.

SVI로부터 반송슬러지 농도를 구하면
$X_r=\dfrac{10^6}{SVI}=\dfrac{10^6}{125}=8000\ mg/L$
이며, 반송률 공식
$R=\dfrac{X}{X_r-X}\times100$
에 MLSS 2200mg/L을 대입하면
$R=\dfrac{2200}{8000-2200}\times100\approx38\%$
로 검산된다.

A²/O 공정은 혐기조에서 인방출, 무산소조에서 탈질, 폭기조에서 인과잉섭취와 질산화가 일어난다.

혐기조에서는 인 축적 미생물(PAO)이 인을 방출하며 유기물을 흡수하고, 무산소조에서는 폭기조에서 반송된 질산성 질소를 탈질하여 질소가스로 제거한다.

이어지는 폭기조(호기조)에서는 암모니아성 질소가 질산화되는 동시에, PAO가 앞서 흡수한 유기물을 이용해 인을 과잉섭취하여 슬러지 형태로 계 밖으로 제거될 수 있게 된다.

이 슬러지 전체의 비중은 1.087이다.

먼저 고형물의 평균 비중을 구하면 유기물 1/3(비중 1.0), 무기물 2/3(비중 2.5)이므로
$\dfrac{1}{G_s}=\dfrac{1/3}{1.0}+\dfrac{2/3}{2.5}=0.6,\ G_s\approx1.667$
이고,

함수율 80%(고형물 20%)를 반영해 전체 비중을 구하면
$\dfrac{1}{G}=\dfrac{0.2}{1.667}+\dfrac{0.8}{1.0}=0.92$
에서 $G\approx1.087$로 검산된다.

고형물체류시간 정의식을 인발량에 대해 풀면 잉여슬러지 생산량은 약 210 m³/일이다.

고형물체류시간(SRT)은 반응조 안에 있는 고형물의 총량을 하루에 인발하는 고형물량으로 나눈 값이므로
$\theta_c=\dfrac{V X}{Q_w X_r}$
이고, 이를 잉여슬러지 부피에 대해 정리하면 $Q_w=\dfrac{V X}{\theta_c X_r}$가 된다.

주어진 값을 대입하면
$Q_w=\dfrac{2500\times2.5}{3\times10}=\dfrac{6250}{30}\approx208\,\mathrm{m^3/d}$
이므로 약 210 m³/일이다.

분모의 농도로 폭기조의 MLVSS 2.5 kg/m³이 아니라 반송(인발) 슬러지 농도 10 kg/m³를 써야 한다는 점이 채점 포인트다.

이론적 메탄 생산량은 1.25kg이다.

메탄 1g이 완전산화될 때 필요한 산소는 화학양론적으로 $CH_4+2O_2\rightarrow CO_2+2H_2O$이므로 COD 환산 비율은 4:1(=64/16)이고,

따라서 제거된 최종 BOD(=COD)로부터 생성되는 메탄량은
$m_{CH_4}=\dfrac{BOD_L}{4}=\dfrac{5}{4}=1.25\ kg$
로 검산된다.

원심분리기는 오히려 고농도의 부유성 고형물에는 처리가 어려운 편이므로, 고농도의 부유성 고형물에 적합하다는 설명은 옳지 않다.

원심력을 이용해 슬러지를 탈수하는 원심분리기는 유입 슬러지의 성상 변화에 민감하고, 지나치게 농도가 높으면 점도 상승으로 분리 효율이 떨어질 수 있다.

벨트형 여과기가 슬러지 특성에 민감하다는 점, 원심분리기가 비교적 건조한 슬러지 케이크를 생산한다는 점, 벨트형 여과기의 유입부에 슬러지 분쇄기가 필요한 경우가 있다는 점은 옳은 설명이다.

슬러지 일령(SRT)은 7.5일이다.

폭기조 체적은 $V=Q\times HRT=5000\times(6/24)=1250\ m^3$이며, 폭기조 내 MLSS량은
$1250\times3000\div1000=3750\ kg$
이다.

매일 계 밖으로 나가는 고형물은 폐기 슬러지 400kg/day와 유출수 SS $5000\times20\div1000=100\ kg/day$를 더한 500kg/day이므로
$SRT=\dfrac{3750}{500}=7.5\ day$
로 검산된다.

이온교환탑에서는 통수에 따라 포화층 아래의 교환대(exchange zone)가 점차 하부로 이동하며, 교환대가 탑 하단에 도달하면 유출수에 목적 이온이 누출되기 시작한다.

이 시점이 파과점(breakthrough point)이며, 실무에서는 파과점 도달을 기준으로 재생 시기를 결정한다.

• Na형 강산성 양이온교환수지의 재생에는 통상 식염수(NaCl 용액)를 사용하며, 수산화나트륨을 쓴다는 설명은 틀리다.
• 수지의 선택성은 일반적으로 전하가 클수록, 수화 이온반경이 작을수록 커지므로 반대로 기술한 설명이다.
• 파과점 이후에는 유출수 농도가 급격히 상승하므로 0으로 유지된다는 설명은 파과곡선의 거동과 맞지 않다.

A/O 공법은 인 축적 미생물이 인을 과잉섭취해 폐슬러지 내 인 함량이 높은 편(통상 2% 이상)이므로, 1% 이하로 낮다는 설명은 옳지 않다.

인 함량이 높은 폐슬러지를 계 밖으로 배출하는 것이 A/O 공법의 인 제거 원리이므로, 이 값이 낮다는 진술은 공법의 목적과 상반된다.

타 공법에 비해 운전이 비교적 간단하다는 점, 높은 BOD/P 비가 요구된다는 점, 수리학적 체류시간이 비교적 짧다는 점은 옳은 설명이다.

플록을 형성한 입자들이 서로 간섭하며 침강해 상등수와 뚜렷한 경계면을 이루는 침전 형태는 지역침전이다.

지역침전(Zone settling)은 입자 농도가 높아져 개별 입자가 아닌 집단(zone) 단위로 가라앉으면서, 침전이 진행될수록 침전속도가 점차 느려지는 것이 특징이다.

압축침전은 바닥에 쌓인 슬러지층 자체가 눌려 농축되는 단계이고, 응집침전은 초기 저농도 구간에서 입자가 서로 응결하며 커지는 단계로 지역침전과는 구분된다.

필요한 아황산나트륨의 양은 약 354.7g이다.

DO 제거 반응 $2Na_2SO_3+O_2\rightarrow2Na_2SO_4$에서 산소 32g당 아황산나트륨(분자량 126) 252g이 필요하므로 소요비는 7.875이며,

물 5m³(5000L)의 DO 총량은 $9.0\times5000=45000\ mg=45\ g$이므로
$45\times7.875\approx354.7\ g$
로 검산된다.

스크린 설치에 따른 수두손실은 약 0.028m이다.

Kirschmer 공식
$h_L=\beta\left(\dfrac{w}{b}\right)^{4/3}\dfrac{v^2}{2g}\sin\theta$
에 막대굵기 2cm, 유효간격 2.2cm, 유속 0.45m/s, 형상계수 3.5, 경사각 60°를 대입하면,

$h_L=3.5\times(2/2.2)^{4/3}\times\dfrac{0.45^2}{2\times9.81}\times\sin60^\circ\approx0.028\ m$
로 검산된다.

BOD₅/CODcr 비는 유기물 중 생분해성 분율의 지표로, 비가 높을수록 생물학적 처리 적합성이 크다고 해석하며 낮으면 난분해성 유기물이 많아 물리화학적 처리 병행을 검토한다.

• 질산화는 독립영양세균이 담당하므로 BOD₅/TKN 비가 클수록 종속영양균과의 경쟁으로 질산화균 분율이 낮아져 오히려 불리해진다.
• 탈질은 유기 탄소원을 전자공여체로 소비하므로 C/N비가 낮으면 메탄올 등 외부탄소원 주입이 필요하다.
• 유입수질은 시간대별 변동이 커서 첨두부하를 고려한 운전 조정이 필요하므로 연평균 자료만으로 충분하다는 설명은 적절하지 않다.

질산염 20mg/L를 탈질하는 데 필요한 메탄올량은 약 8.6mg/L이다.

탈질 반응식
$6NO_3^-+5CH_3OH\rightarrow3N_2+5CO_2+7H_2O+6OH^-$
에서 질산염 6×62g당 메탄올 5×32g이 소요되므로 질량비는 0.430이고,

$20\ mg/L\times0.430\approx8.6\ mg/L$
로 검산된다.

금속염(Al, Fe) 첨가법은 인(P) 제거에 활용되는 방법으로, 질소를 효과적으로 제거하는 물리·화학적 방법에는 해당하지 않는다.

금속염을 가하면 인산염과 결합해 불용성 침전물을 형성하는 원리이므로 질소 제거 메커니즘과는 무관하다.

공기탈기법, 선택적 이온교환법, 파괴점 염소주입법은 모두 암모니아성 질소를 물리·화학적으로 제거하는 대표적인 방법이다.

일반적인 양이온교환 물질에서 양이온에 대한 선택성 순서는 Ba²⁺＞Pb²⁺＞Sr²⁺＞Ca²⁺＞Ni²⁺이다.

같은 2가 양이온이라도 수화 이온반경이 작고 전하밀도가 큰 이온일수록 교환수지에 더 강하게 흡착되며, 원자량이 큰 금속일수록 대체로 선택성이 높게 나타나는 경향을 보인다.

이 순서는 정도관리 및 이온교환 공정에서 널리 쓰이는 표준적인 선택성 계열에 해당한다.

슬러지 반송률은 약 60%이다.

유입수 SS를 무시할 때 반송률은
$R=\dfrac{X}{X_r-X}\times100$
이며, MLSS 3000mg/L과 반송슬러지 8000mg/L을 대입하면
$R=\dfrac{3000}{8000-3000}\times100=60\%$
로 검산된다.

폭기조의 수리학적 체류시간은 8시간이다.

유량을 환산하면 $Q=25\ m^3/hr\times24=600\ m^3/day$이고, BOD 부하량은
$600\times200\div1000=120\ kg/day$
이므로,

용적부하 0.6kg BOD/m³·day를 만족하는 폭기조 용적은 $120\div0.6=200\ m^3$이고, 체류시간은 $200\div600=1/3\ day=8\ hr$로 검산된다.

회전원판법은 미생물이 원판 표면에 생물막으로 부착·증식하는 공정이므로, 활성슬러지법과 같은 슬러지 반송이나 MLSS 농도 조절이 필요 없다는 것이 대표적 특징이다.

침전지 슬러지를 반송하여 미생물량을 조절한다는 설명은 부유증식 공정의 운전 방식을 잘못 적용한 것이다.

• 침수율을 40% 정도로 유지하며 하수·공기 접촉을 반복시킨다는 설명은 표준적인 운전 조건이다.
• 생물막 비후 시 축 하중 증가와 일시 탈락을 관리한다는 설명, 저수온기에 보온 대책을 강구한다는 설명은 모두 옳은 유지관리 사항이다.

필요한 다이크롬산칼륨의 양은 약 1.413g이다.

목표 크롬량은 $0.5\ mg/mL\times1000\ mL=500\ mg=0.5\ g$이며, K₂Cr₂O₇(분자량 294)에서 크롬(52×2=104) 함량비는 104/294≈0.354이므로,

$0.5\div0.354\approx1.413\ g$
로 검산된다.

아질산염의 방해를 간접적으로 제거하려면 아질산성 질소 1mg 당 10mg의 설파민산을 넣는다.

산성 과망간산칼륨법에서는 아질산염이 KMnO₄와 함께 반응해 COD 값을 왜곡시킬 수 있으므로, 적정 전 설파민산을 첨가해 아질산성 질소를 분해·제거하는 절차를 거친다.

황산은·질산은·옥살산나트륨은 이 방해 제거 절차에 사용되는 표준 시약이 아니다.

십억분율(ppb)은 $\mathrm{g/m^3}$이 아니라 $\mathrm{mg/m^3}$ 또는 $\mu\mathrm{g/L}$로 표시하므로, g/m³로 나타낸다는 설명은 적절하지 않다.

g/m³은 mg/L과 같은 크기의 단위로, 이는 백만분율(ppm)에 해당하는 표시법이며 ppb와는 1000배 차이가 난다.

백만분율을 ppm 또는 mg/L로 쓴다는 점, 용액 농도를 %로만 표시할 때는 W/V%를 의미한다는 점, 십억분율이 1ppm의 1/1000이라는 점은 옳은 설명이다.

불소화합물을 측정하는 수질오염공정시험기준상 시험방법과 가장 거리가 먼 것은 원자흡수분광광도법이다.

원자흡수분광광도법(AAS)은 금속 성분의 정량에 사용되는 방법으로, 비금속 음이온인 불소화합물의 측정법으로는 채택되어 있지 않다.

이온크로마토그래피, 이온전극법, 자외선/가시선 분광법(란탄-알리자린콤플렉손법)은 공정시험기준에 등재된 불소화합물 시험방법이다.

채취용기는 시료 자체로 씻어 사용하는 것이 원칙이므로, 깨끗한 물로 3회 이상 씻은 다음 사용한다는 설명은 유의사항과 거리가 멀다.

미리 물로 세척하면 시료의 농도가 희석되거나 오염될 수 있어, 채취 직전 채취할 시료로 용기를 헹구는 것이 일반적인 채취 절차이다.

유류·부유물질이 균일하게 유지되도록 채취해야 한다는 점, 용존가스·휘발성유기화합물 등을 측정하는 시료는 용기에 가득 채워야 한다는 점, 채취량이 보통 3~5L 정도라는 점은 옳은 유의사항이다.

접안마이크로미터는 대물마이크로미터를 이용해 그 눈금 값을 환산·보정하는 도구이므로, 반대로 대물마이크로미터 길이 환산에 적용한다는 설명은 옳지 않다.

접안마이크로미터 자체의 눈금 간격은 배율에 따라 달라지므로, 눈금의 실제 길이를 알고 있는 대물마이크로미터와 대조하여 보정값을 구해야 한다.

1000배율까지 확대 가능한 광학·위상차 현미경을 사용한다는 점, 대물마이크로미터가 접안마이크로미터 눈금 계산에 쓰이는 도구라는 점, 혈구계수기가 격자 구역별 침전 조류를 계수해 mL당 세포수로 환산한다는 점은 옳은 설명이다.

이온크로마토그래피에서는 머무름시간이 비슷한 이온이 공존하면 피크 중첩에 의한 간섭이 발생하므로, 용리액 조성·유속 조정이나 분리컬럼 변경으로 분리도를 개선하여 대응한다.

• 시료는 막여과 등으로 입자를 제거한 후 주입하여 컬럼 막힘과 손상을 방지하므로, 전처리 없이 원시료를 주입한다는 설명은 틀리다.
• 음이온 분석에는 일반적으로 전기전도도검출기가 사용되므로 자외선흡수검출기만 쓴다는 설명은 옳지 않다.
• 써프레서는 용리액의 바탕 전도도를 낮추어 목적 이온의 검출 감도를 높이는 장치로, 전도도를 증폭시킨다는 설명은 반대로 기술한 것이다.

이 폐수의 COD는 약 13.3mg/L이다.

산성 과망간산칼륨법의 COD 계산식
$COD=(a-b)\times f\times0.2\times\dfrac{1000}{V}$
(a: 시료 적정량, b: 바탕시험 적정량, f: 역가, V: 시료량)에 값을 대입하면
$COD=(7.5-1.00)\times1.02\times0.2\times\dfrac{1000}{100}$
이 되어 계산하면 약 13.3mg/L로 검산된다.

정밀도는 연속 측정한 결과의 표준편차를 평균값으로 나눈 값을 백분율로 나타낸 것이다.

즉
$정밀도(\%)=\dfrac{표준편차}{평균값}\times100$
로 정의되며, 이는 상대표준편차(RSD)와 같은 개념으로 측정값의 재현성을 나타낸다.

평균값을 표준편차로 나누거나 상대편차를 사용하는 다른 조합은 정밀도의 표준 정의와 일치하지 않는다.

질산성질소는 4℃ 보관만으로 보존하며 산 처리를 하지 않는다. 황산으로 pH 2 이하 조정은 화학적산소요구량·암모니아성질소·총질소 등에 적용되는 보존방법이다.

• 노말헥산추출물질을 황산으로 pH 2 이하로 조정하여 4℃ 보관하는 것은 옳은 보존방법이다.
• 시안을 수산화나트륨으로 pH 12 이상으로 조정하는 것, 페놀류를 인산으로 pH 4 이하로 하고 황산구리를 첨가하는 것도 기준에 맞는 보존방법이다.

화학물질 경고표지는 명칭, 그림문자, 신호어, 유해·위험 문구, 예방조치 문구, 공급자 정보의 여섯 가지 항목으로 구성된다.

신호어는 유해·위험의 심각성에 따라 '위험' 또는 '경고' 중 하나를 사용한다.

• 신호어를 '주의'와 '경고'라고 한 설명은 명칭이 틀리다.
• MSDS는 취급 근로자가 쉽게 볼 수 있는 장소에 게시·비치해야 하므로 관리책임자만 열람하도록 잠가 두는 것은 취지에 어긋난다.
• 소분 용기에도 경고표시를 부착하는 것이 원칙이므로 부착하지 않아도 된다는 설명은 옳지 않다.

SIM(선택이온검출)은 대상 물질의 특성이온 몇 개만 선택적으로 검출하는 방식으로, 전 질량범위를 훑는 SCAN보다 스펙트럼 정보량은 적은 대신 정량 감도가 높다.

따라서 미지시료의 정성에는 SCAN을, 미량 성분의 정량에는 SIM을 사용하는 것이 일반적이며, 보기의 설명은 장단점을 반대로 기술한 것이다.

• 머무름시간과 특성이온의 질량스펙트럼을 비교하여 정성하는 방법, EI 이온화로 고유의 조각이온 패턴을 얻는다는 설명은 GC-MS의 표준적인 원리다.
• 내부표준물질로 주입량·매질에 따른 감응 변동을 보정한다는 설명도 옳다.

분원성대장균군-막여과법은 시료를 여과한 막을 배지 위에 올려 44.5±0.2℃에서 배양한 후, 생성된 청색 계열 집락을 계수하는 방법이다.

분원성대장균군은 총대장균군보다 높은 배양온도에서 선택적으로 증식하는 성질을 이용한다.

• 35±0.5℃ 배양은 총대장균군 시험의 조건이므로 동일하다는 설명은 틀리다.
• 막여과법의 결과는 집락수를 기준으로 100 mL당 집락수(CFU)로 표시하며, 최적확수(MPN)는 시험관법의 산출 방식이다.
• 미생물 시료는 저온으로 보관·운반하여 규정된 시간 내에 시험해야 하므로 실온 운반으로 충분하다는 설명은 옳지 않다.

노말헥산 추출물질 시험법에서 추출을 위한 시료의 pH 기준은 4 이하이다.

염산 등을 가해 시료를 강산성(pH 4 이하)으로 조정한 뒤 노말헥산으로 추출해야 유분·광유류 등 추출대상 성분이 안정적으로 회수된다.

정량한계(LOQ)는 반복 시험분석 결과 표준편차의 10배로 산정하며, 표준편차의 3.14배는 방법검출한계(MDL)의 산정 계수이므로 둘을 동일하다고 한 설명이 틀리다.

• 시료와 유사한 매질을 동일한 절차로 처리하여 오염 여부를 확인하는 것은 방법바탕시료의 올바른 정의다.
• 검정곡선을 직선성 범위 내 3~5개 농도의 표준용액으로 작성한다는 설명, 감응계수를 R/C로 구한다는 설명은 모두 기준과 일치한다.

생태독성값(TU)은 통계적 방법으로 산출한 반수영향농도 EC₅₀(%)로 100을 나눈 값이다. EC₅₀가 25%이면 TU = 100/25 = 4가 된다.

• 치사는 시료 투입 24시간 경과 후 시험용기를 살며시 움직여 주고 15초 후 관찰하여 아무 반응이 없을 때 판정하므로, 48시간 후 세게 흔들어 즉시 판정한다는 설명은 틀리다.
• 촉수를 움직이더라도 유영하지 못하면 유영저해로 판정하므로 정상 개체로 본다는 설명은 옳지 않다.
• 지수식 시험은 시험기간 중 시험용액을 교환하지 않는 시험이므로 주기적으로 교환한다는 설명은 반대로 기술한 것이다.

알킬수은화합물을 기체크로마토그래피로 정량할 때는 전자포획형 검출기(ECD)를 사용하는 것이 가장 적절하다.

알킬수은과 같은 할로겐·유기금속화합물은 전자를 잘 포획하는 특성이 있어, 이러한 성분에 고감도로 반응하는 ECD가 표준 검출기로 채택된다.

FPD는 인·황화합물, FTD는 질소·인화합물, TCD는 일반 기체 성분 검출에 주로 사용되어 알킬수은 정량에는 적합하지 않다.

냄새 측정을 위한 시료의 최대보존기간은 6시간이다.

냄새는 시간이 지나면서 휘발·변질되기 쉬운 항목이라 원칙적으로 즉시 측정하되, 부득이한 경우에도 6시간을 넘기지 않도록 규정되어 있다.

ICP-AES의 토치는 이중관이 아니라 3중으로 된 석영관을 사용하므로, 2중 석영관이라는 설명은 가장 거리가 멀다.

가장 바깥쪽은 냉각가스, 중간관은 보조가스, 가장 안쪽 관은 시료를 이송하는 운반가스가 흐르도록 3중 구조로 설계되어 있다.

냉각가스와 운반가스로 아르곤을 사용한다는 점, 플라스마 자체가 광원으로 이용된다는 점은 ICP-AES에 대한 옳은 설명이다.

감응계수는 표준용액의 반응값을 그 농도로 나눈 값, 즉 $R/C$로 나타낸다.

검정곡선 작성 시 농도별 반응값의 비가 일정하게 유지되는지를 확인하는 지표로 감응계수를 사용하며, 이 값이 일정 범위 내에서 균일할수록 검정곡선의 직선성이 양호하다고 판단한다.