[수질환경기사 필기] 22년 3회차 시험지 PDF 다운로드

분과 뇨의 구성비는 약 1:8~1:10이지만 고액분리가 매우 어려운 것이 분뇨의 대표적 특징이므로 "고액분리가 용이하다"는 설명이 틀렸다.

분뇨 내 질소화합물(암모니아성 질소 등)은 알칼리도를 높게 유지시켜 유기산 생성에 따른 pH 강하를 완충하는 역할을 한다.

분(고형분) 중 질소산화물은 전체 VS의 12~20% 정도를 차지하며, 분뇨는 다량의 유기물을 함유한 점성 있는 반고상 물질이라는 설명도 옳다.

부영양화가 진행된 수원은 조류 과다번식과 유기물 축적으로 농업용수로 사용하기에 부적합해지며, 수확량이 지속적으로 증가한다는 설명은 옳지 않다.

실제로는 관개시설 막힘, 냄새·독소 문제 등으로 오히려 농업생산성을 저해하는 경우가 많다.

조류·미생물이 생성하는 용해성 유기물질의 불쾌한 맛·냄새 유발, 심수층 용존산소 감소, 인(P)부하모델인 Vollenweider 모델 등은 부영양화의 일반적 영향으로 옳은 설명이다.

탈산소계수 $K_1=0.1/\mathrm{day}$(상용대수 기준)을 이용해 BOD_u를 구하면 생물분해불가능 COD는 약 55mg/L이다.

$BOD_5=BOD_u(1-10^{-K_1 \times 5})$에서 $270=BOD_u(1-10^{-0.5})$이므로
$BOD_u=270/0.6838=394.9\ \mathrm{mg/L}$
이 값이 곧 BDCOD이므로 난분해성 COD는
$450-394.9=55.1\ \mathrm{mg/L}$로 약 55mg/L이다.

Monod식으로 세포의 비증식계수를 구하면 약 0.27hr^-1이다.

$\mu=\mu_{max}\dfrac{S}{K_s+S}$에 $\mu_{max}=0.35$, $S=100$, $K_s=30$을 대입하면
$\mu=0.35\times\dfrac{100}{130}=0.269\ \mathrm{hr^{-1}}$
이므로 약 0.27이다.

농축비(농축계수)는 먹이사슬 상위 단계의 소비자일수록 오히려 높아지는 생물농축(biomagnification) 현상이 나타나므로, 낮아진다는 설명은 틀렸다.

수생생물체 내 중금속 농도가 환경수보다 높거나, 생물체 농도와 환경수 농도비를 농축비라 부르는 것, 생물종에 따라 농축비가 다른 것은 모두 옳은 설명이다.

해수의 주요 화학적 성분 7가지는 Cl^-, Na⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, HCO₃^-, K⁺, Ca²⁺이며, 이 설명이 옳다.

나머지 보기는 해수의 염분 분포·이온비·밀도 특성에 대한 틀린 설명이다.

• 염분은 증발이 활발한 아열대 해역에서 높고 적도·극지방에서는 오히려 낮은 경향을 보이므로 "적도에서 낮고 양극에서 높다"는 설명은 옳지 않다.
• 해수의 Mg/Ca비는 담수보다 크다는 것이 일반적으로 알려진 특성이다.
• 해수의 밀도는 수심이 깊어질수록 온도 저하와 압력 증가로 커지는 것이 일반적이다.

반감기 2시간인 1차반응으로 대장균수가 5000개/mL에서 20개/mL로 줄어드는 데 걸리는 시간은 약 16시간이다.

반감기로부터 속도상수 $k=\dfrac{\ln 2}{2}=0.347/\mathrm{hr}$를 구하고 $\ln\dfrac{20}{5000}=-kt$에 대입하면
$t=\dfrac{5.52}{0.347}=15.9\ \mathrm{hr}$
로 약 16시간이 된다.

용존산소 9.0mg/L·1000L를 제거하는 데 필요한 아황산나트륨(Na₂SO₃)량은 약 70.9g이다.

탈산소 반응식 $2Na_2SO_3+O_2 \rightarrow 2Na_2SO_4$에서 필요 O₂량은
$9.0\ \mathrm{mg/L}\times 1000\mathrm{L}=9000\ \mathrm{mg}=9\ \mathrm{g}$
이고 O₂ 1몰당 Na₂SO₃ 2몰이 필요하므로
$\dfrac{9}{32}\times 2\times 126=70.9\ \mathrm{g}$이다.

여름철 성층 시 표층은 수온과 용존산소가 모두 높고 심층은 모두 낮아 온도경사와 DO경사가 같은 방향으로 나타나므로, "반대 모양"이라는 설명이 틀렸다.

성층현상이 수심에 따른 밀도차로 발생하는 것, 수온약층(Thermocline)이 깊이에 따른 온도변화가 큰 중간층이라는 것, 봄철 표층 수온 상승에 따라 수직운동이 활발해져(전도현상) 수질이 악화된다는 것은 모두 옳은 설명이다.

임계시간 공식으로 구하면 임계점 도달시간은 약 2.46일이다.

$t_c=\dfrac{1}{k_2-k_1}\log\left[\dfrac{k_2}{k_1}\left(1-\dfrac{(k_2-k_1)D_0}{k_1 L_0}\right)\right]$에서 초기부족량 $D_0=9.2-8=1.2\ \mathrm{mg/L}$, $L_0=BOD_u=10\ \mathrm{mg/L}$를 대입하면
$t_c=\dfrac{1}{0.1}\log\left[2\times\left(1-\dfrac{0.1\times1.2}{0.1\times10}\right)\right]=10\log(1.76)=2.46$일이다.

망간은 광산·합금·유리착색 공정에서 배출되며 중독 시 파킨슨병 유사증세를 유발하므로 이 짝지음이 옳다.

나머지 보기는 유해물질·배출원·중독증상의 짝지음이 서로 어긋난 설명이다.

• 카드뮴 중독의 대표 증상은 신장장애·골연화증(이타이이타이병)이며 "수족의 지각장애"는 수은 중독의 특징이다.
• 수은 중독(미나마타병)의 배출원은 주로 아세트알데히드·염화비닐 제조 등의 화학공정이며 "원자로"는 대표 배출원으로 보기 어렵다.
• 납 중독은 빈혈·신경장애·복통 등이 대표적이며 "피부궤양"은 6가크롬 중독의 특징이다.

회복지대에서는 규조류·윤충류·갑각류가 다시 증가하는 것이 특징이므로 "사라지고 감소한다"는 설명이 틀렸다.

세균수 감소, 암모니아성 질소의 질산화 진행, 용존산소 농도가 포화 수준까지 회복되는 것은 회복지대의 옳은 특징이다.

약산 근사식으로 계산하면 아세트산 120mg/L 용액의 pH는 약 3.72이다.

분자량 60을 적용하면 몰농도는
$C=\dfrac{120}{60000}=2\times10^{-3}\ \mathrm{mol/L}$
이고 $[H^+]=\sqrt{K_a \cdot C}=\sqrt{1.8\times10^{-5}\times2\times10^{-3}}=1.90\times10^{-4}$
이므로 $pH=-\log(1.90\times10^{-4})=3.72$이다.

1M을 완전산화시키는 데 필요한 이론적 산소량(ThOD)이 가장 적은 물질은 아세트산(CH₃COOH)이다.

완전산화 반응식의 산소 계수를 비교하면 벤젠(C₆H₆)은 7.5몰, 포도당(C₆H₁₂O₆)은 6몰, 에탄올(C₂H₅OH)은 3몰, 아세트산은 2몰의 O₂를 필요로 하여 아세트산이 가장 적다.

적조는 영양염류가 풍부하고 정체된 수역에서 많이 발생하는 것이 일반적 특징이다.

나머지 보기는 적조의 발생 조건에 대한 틀린 설명이다.

• 적조는 햇빛이 강하고 수온이 높을 때 조류(플랑크톤)가 이상증식하여 발생하는 것이지, 햇빛이 약하고 수온이 낮을 때 발생하는 것이 아니다.
• 정체수역에서 잘 발생하는 것이지 "난류가 형성될 때" 잘 발생하는 것이 아니다.
• 적조는 질소·인 등 영양염류가 과다할 때(부영양화) 발생하는 것이지 부족할 때 발생하는 것이 아니다.

소수성 콜로이드는 염(전해질)에 민감하게 반응하여 쉽게 응결되므로 "염에 큰 영향을 받지 않는다"는 설명이 틀렸다.

물과 반발하는 성질을 가지고 현탁상태로 존재하며 입자 크기가 작다는 것은 소수성 콜로이드의 옳은 특성이다. 오히려 염의 영향을 잘 받지 않는 것은 친수성 콜로이드의 특징이다.

진핵세포의 세포핵은 여러 개의 염색체를 가지므로 "1개의 염색체를 가지고 있다"는 설명이 틀렸다. 1개의 원형 염색체를 갖는 것은 원핵세포의 특징이다.

유사분열을 하고, 여러 개의 DNA분자로 구성되며, 세포벽이 두껍거나 없다는 설명은 진핵세포의 옳은 특징이다.

이상기체 상태방정식으로 계산하면 필요한 탱크 부피는 약 30.5m³이다.

메탄(CH₄, 분자량 16) 40kg의 몰수는 $n=\dfrac{40000}{16}=2500\ \mathrm{mol}$이고 $PV=nRT$에서
$V=\dfrac{2500\times0.082\times298}{2}=30545\ \mathrm{L}$
이므로 약 30.5m³이다.

완충용액은 보통 약산과 그 짝염기(또는 약염기와 그 짝산)의 조합으로 이루어지며, "강염기와 강산의 염"으로 이루어진다는 설명은 틀렸다. 강산-강염기 조합은 완충작용을 나타내지 않는다.

완충작용이 화학평형원리로 설명되며 한도 내에서 산을 가해도 pH 변화가 작다는 설명은 옳다.

합리식으로 계산하면 우수유출량은 약 32.5m³/sec이다.

$Q=\dfrac{1}{360}CIA$(I: mm/hr, A: ha)에 강우강도 $I=3\times60=180\ \mathrm{mm/hr}$, 유역면적 $A=100\ \mathrm{ha}$, $C=0.65$를 대입하면
$Q=\dfrac{0.65\times180\times100}{360}=32.5\ \mathrm{m^3/sec}$이다.

하수도정비기본계획 등 하수도 계획의 목표연도는 원칙적으로 20년으로 하는 것이 표준이다.

장기간의 시설 투자와 도시계획을 고려하여 계획기준년을 기준으로 20년 후를 목표연도로 설정하는 것이 하수도시설기준의 일반적 원칙이다.

THM은 전염소처리 시 원수 중 유기물(전구물질)과 염소가 반응하여 오히려 생성이 증가하므로, 전염소처리는 THM 저감 방법으로 볼 수 없다.

중간염소처리는 전염소 단계를 생략·조정하여 THM 생성을 줄이고, 활성탄처리는 흡착으로 THM 및 전구물질을 제거하며, 결합염소(클로라민)처리는 유리염소 대신 사용해 THM 생성을 억제하는 대표적 저감 방법이다.

비교회전도(N_s)가 커질수록 펌프는 저양정·대유량형에 가까워지며 공동현상(캐비테이션) 발생 위험이 오히려 커지므로, "흡입성능이 좋아지고 공동현상이 줄어든다"는 설명은 틀렸다.

규정 회전수가 증가하면 비교회전도가 증가하고, 규정양정이 증가하면 비교회전도가 감소하며, 비교회전도가 클수록 유량이 많은 저양정 펌프가 된다는 설명은 모두 옳다.

전양정 3~12m 구간에서 구경 400mm 이상인 경우에는 원심사류펌프를 사용하는 것이 표준이므로, 이를 단순히 원심펌프로 서술한 설명은 틀렸다.

펌프 형식은 일반적으로 전양정이 낮을수록 축류펌프, 중간 영역에서는 원심사류펌프(사류펌프), 전양정이 높아질수록 원심펌프가 적용되는 흐름을 따른다.

전양정 5m 이하는 축류펌프, 5~20m는 원심사류펌프가 표준으로 짝지어지는 것을 보면 3~12m 구간 역시 순수 원심펌프보다 원심사류펌프 계열이 표준에 해당함을 알 수 있다.

가압식 벨트프레스 탈수기는 원심탈수기에 비해 부대장치가 오히려 많이 필요하므로 “부대장치가 적다”는 설명은 틀렸다.

벨트프레스는 여과포 세정을 위한 세정장치, 컨베이어, 약품주입설비 등 전후처리 부대설비가 다수 요구되는 반면 원심탈수기는 밀폐형 구조로 부대설비가 상대적으로 단순하다.

다만 벨트프레스는 소음과 동력 소모가 적고 저속 운전이 가능하다는 점에서 원심탈수기 대비 장점을 가진다.

원형관에 물이 절반 깊이(50%)로 흐를 때의 경심(동수반경)은 D/4이다.

이때 유수단면적과 윤변은 각각 반원의 넓이와 둘레이므로 $A=\dfrac{\pi D^2}{8}$, $P=\dfrac{\pi D}{2}$ 이다.

따라서 경심은
$R=\dfrac{A}{P}=\dfrac{D}{4}$
로 계산되어 정답과 일치한다.

취수탑의 단면형상은 원형을 표준으로 하므로 “정방형을 표준으로 한다”는 설명은 틀렸다.

원형 단면은 응력분포가 균등하고 유수저항이 작아 구조적·수리학적으로 유리하기 때문에 표준 형상으로 채택된다.

취수구 전면의 협잡물 제거용 스크린 설치, 취수구별 슬루스게이트·버터플라이밸브 등 제수설비 설치, 계획최저수위 기준의 최하단 취수구 설계 등은 모두 취수탑의 일반적인 사양에 해당한다.

말굽형 하수관거는 단면형상이 복잡하여 시공성이 오히려 떨어지므로 “단면형상이 간단하여 시공성이 우수하다”는 설명은 틀렸다.

말굽형은 대구경 관거에 적합하고 경제적이며, 상반부의 아치작용으로 역학적으로 유리하고 수리학적으로도 유리한 형상이지만, 현장 시공 시 형틀 제작과 타설이 까다로워 시공성은 낮은 편이다.

취수지점에서 정수장까지 원수를 보내는 시설 배관은 도수관이다.

취수관은 수원에서 취수시설로, 송수관은 정수장에서 배수지까지, 배수관은 배수지에서 급수구역까지 물을 보내는 관로로 각각 구분된다.

즉 취수→도수→정수→송수→배수의 흐름에서, 원수를 정수장까지 옮기는 구간이 도수 단계에 해당한다.

계획송수량은 계획1일최대급수량을 기준으로 하고, 계획도수량은 계획취수량을 기준으로 한다.

도수시설은 취수시설에서 취수된 원수를 정수장으로 보내는 단계이므로 계획취수량이 곧 설계 기준이 되며, 송수시설은 정수장에서 배수지까지 정수된 물을 보내는 단계로 급수 수요인 계획1일최대급수량을 기준으로 설계한다.

이 원심펌프의 비회전도(Ns)는 약 135이다.

비회전도는
$N_s=\dfrac{N\sqrt{Q}}{H^{3/4}}$
이며, N=2400rpm, Q=162m³/hr=2.7m³/min, H=90m를 대입하면
$N_s=\dfrac{2400\times\sqrt{2.7}}{90^{3/4}}=\dfrac{2400\times1.64}{29.2}$
≒135로 계산되어 정답과 일치한다.

Marston 공식에 의한 매설관의 하중은 약 9.7t/m이다.

하중은
$W=C_1\times\gamma\times B^2$
이며, C₁=1.5, γ=2.0t/m³, 도랑폭 B=1.8m를 대입하면
$W=1.5\times2.0\times1.8^2=9.72\,\mathrm{t/m}$
이므로 약 9.7t/m가 되어 정답과 일치한다.

이 관로의 만관 유량은 약 11.6m³/min이다.

만관 흐름의 경심은 R=D/4=0.1m이며, Manning 유속식 $V=\dfrac{1}{n}R^{2/3}I^{1/2}$에 n=0.014, I=1/100을 대입하면
$V=\dfrac{1}{0.014}\times0.1^{2/3}\times0.01^{1/2}≒1.54\,\mathrm{m/sec}$

여기에 만관 단면적 $A=\dfrac{\pi\times0.4^2}{4}≒0.126\,\mathrm{m^2}$를 곱하면
$Q=V\times A≒0.193\,\mathrm{m^3/sec}=11.6\,\mathrm{m^3/min}$
으로 계산되어 정답과 일치한다.

기존 처리시설의 고도처리 개량 시에는 운전개선방식을 우선 검토하고, 이로써 방류수 수질기준 준수가 곤란한 경우에 한해 시설개량방식을 추진하는 것이 원칙이므로, 순서가 뒤바뀐 설명은 틀렸다.

운전개선(운영개선)은 별도의 시설투자 없이 기존 설비의 운전조건을 최적화하는 방식으로, 비용 효율 측면에서 시설개량보다 먼저 검토되어야 한다.

기본설계 단계에서 운영실태를 정밀분석하여 사업추진방향을 결정하고, 기존 시설물과 처리공정을 최대한 활용하는 것은 타당한 검토사항이다.

단면 ②에서의 유속은 약 12.5m/sec이다.

만관 기준으로 유량이 일정하므로 연속방정식 $A_1V_1=A_2V_2$에서 $V_2=V_1\left(\dfrac{D_1}{D_2}\right)^2$이 성립한다.

D₁=0.5m, D₂=0.2m, V₁=2m/sec를 대입하면
$V_2=2\times\left(\dfrac{0.5}{0.2}\right)^2=2\times6.25=12.5\,\mathrm{m/sec}$
로 계산되어 정답과 일치한다.

펌프의 설치위치는 가능한 한 낮게 하여 흡입양정을 줄이는 것이 캐비테이션 방지대책이므로, “설치위치를 높게 한다”는 설명은 틀렸다.

펌프 위치를 높이면 흡입양정이 커져 유효흡입수두(가용 NPSH)가 오히려 작아지므로 공동현상 발생 위험이 커진다.

회전속도를 낮추고 흡입관 손실을 줄이며 흡입측 밸브를 완전 개방해 운전하는 것은 모두 유효흡입수두를 확보하기 위한 타당한 대책이다.

소화가스 발생량 저하의 원인이 아닌 것은 소화가스 누적이다.

소화가스 누적은 발생된 가스가 배출·이용되지 못하고 쌓이는 현상으로, 가스 발생량 자체를 저하시키는 원인이 아니라 오히려 소화조 내 압력 상승 등 별개의 운영 문제에 해당한다.

• 저농도 슬러지가 유입되면 유기물 공급이 부족해 가스 발생량이 줄어든다.
• 소화슬러지를 과잉배출하면 소화조 내 미생물량이 줄어 가스 발생이 저하된다.
• 조내 온도가 저하되면 혐기성 미생물 활성이 떨어져 가스 발생량이 감소한다.

이 활성슬러지 공정의 슬러지 생성량은 약 341kg/day이다.

슬러지 생성량은
$\Delta X=Y\times Q\times\Delta BOD-K_d\times V\times X_v$
이며, Y=0.63, Q=4000m³/day, ΔBOD=200-20=180mg/L, Kd=0.05/day, V=1000m³, MLVSS=3000×0.75=2250mg/L을 대입하면
$\Delta X=0.63\times4000\times180-0.05\times1000\times2250$

계산하면
$\Delta X=453{,}600-112{,}500=341{,}100\,\mathrm{g/day}≒341\,\mathrm{kg/day}$
로 정답과 일치한다.

추진력이 정수압차가 아닌 분리막 공정은 투석(dialysis)이다.

투석은 막을 사이에 둔 농도차(확산)를 추진력으로 물질을 이동시키는 방식으로, 압력이 아닌 화학적 포텐셜 차이에 의해 구동된다.

반면 정밀여과, 한외여과, 역삼투는 모두 막 양단의 정수압차를 추진력으로 하여 입자·용질을 분리하는 압력구동막 공정이다.

이 활성슬러지 공정의 고형물체류시간(SRT)은 약 2.5일이다.

SRT는
$SRT=\dfrac{V\times X}{Q_w\times X_w+Q_e\times X_e}$
이며, 폭기조 용적 V=1000×(6/24)=250m³, MLSS X=3000mg/L, 잉여슬러지 Qw=30m³/day·Xw=10000mg/L, 유출수 Qe=970m³/day·Xe=5mg/L을 대입하면
$SRT=\dfrac{250\times3000}{30\times10000+970\times5}=\dfrac{750{,}000}{304{,}850}$

계산하면 SRT≒2.46일로 약 2.5일에 해당하여 정답과 일치한다.

UASB 반응조는 여재 없이 입상슬러지(granule)가 자체적으로 형성되어 슬러지층을 이루는 방식이므로, 미생물 부착을 위한 여재를 이용한다는 설명은 틀렸다.

여재를 이용해 미생물을 부착·축적시키는 방식은 혐기성여상(AF) 등 다른 혐기성 처리공법의 특징이다.

UASB는 수리학적 체류시간을 짧게 할 수 있어 반응조 용적을 축소할 수 있으며, 폐수 성상에 따라 입상화 정도가 크게 좌우되고 고형물 농도가 높으면 미생물이 유실될 우려가 있다.

23℃에서의 처리수 BOD 농도는 약 62mg/L이다.

20℃ 처리효율은
$E_{20}=\dfrac{250-80}{250}=0.68$
이며, 온도보정식 $E_t=E_{20}\times\theta^{t-20}$에 θ=1.035, t=23을 대입하면
$E_{23}=0.68\times1.035^{3}≒0.754$

따라서 처리수 BOD는
$250\times(1-0.754)≒61.5\,\mathrm{mg/L}$
로 약 62mg/L에 해당하여 정답과 일치한다.

가압순환 부상농축기의 소요 순환유량은 약 3000m³/day이다.

공기-고형물비는
$\dfrac{A}{S}=\dfrac{1.3\times S_a\times(f\times P-1)\times R}{Q_w\times SS}$
이며, 압력 3.7atm을 절대압(대기압 포함)으로 환산한 P=4.7atm, Sa=18.7mL/L, f=0.5, Qw=400m³/day, SS=4000mg/L을 대입하면
$0.06=\dfrac{1.3\times18.7\times(0.5\times4.7-1)\times R}{400\times4000}$

이를 R에 대해 정리하면 $R≒2925\,\mathrm{m^3/day}$로 약 3000m³/day에 해당하여 정답과 일치한다.

RBC(회전원판접촉법)의 장점이 아닌 것은 “반송에 따른 처리효율의 효과적 증대가 가능하다”는 설명이다.

RBC는 원판에 부착된 생물막이 회전하며 폐수와 접촉·산화시키는 방식으로, 활성슬러지법과 달리 반송슬러지가 필요하지 않은 것이 오히려 장점이므로 반송을 통한 효율 증대는 RBC의 특성과 맞지 않는다.

충격부하 조절이 가능하고, 다단계 공정에서 높은 질산화율을 얻을 수 있으며, 활성슬러지 공법 대비 소요동력이 적은 것은 RBC의 실제 장점에 해당한다.

폭이 깊이에 비해 매우 넓은 직사각형 하천의 동수반경은 0.2m이다.

동수반경은 $R=\dfrac{A}{P}=\dfrac{B\times y}{B+2y}$인데, 폭 B가 깊이 y보다 매우 크면 분모의 2y항이 무시되어
$R≈\dfrac{B\times y}{B}=y$
로 수렴한다.

즉 동수반경이 수심과 거의 같아지므로, 깊이 0.2m가 그대로 동수반경 값이 되어 정답과 일치한다.

염소살균에서 HOCl은 낮은 pH에서 우세하며 pH 9 이상에서는 대부분 OCl^-로 해리되므로, pH 9 이상에서 대부분 HOCl로 존재한다는 설명이 틀렸다.

HOCl의 pKa는 약 7.5로, pH가 pKa보다 높아질수록 OCl^-의 비율이 급격히 증가하고 살균력이 강한 HOCl의 비율은 오히려 감소한다.

• HOCl의 살균력이 OCl^-보다 약 80배 강하다는 설명은 옳다.
• 수중 잔류염소가 페놀과 반응해 클로로페놀 냄새를 유발한다는 설명도 옳다.
• 유리잔류염소가 암모니아성·유기성 질소와 반응해 결합잔류염소를 형성한다는 설명도 옳다.

부상(skimming) 탱크의 표면적부하율은 입자의 상승속도와 같은 값이므로, 상승속도 200mm/min을 하루 단위로 환산하면 된다.

상승속도를 하루 단위로 바꾸면
$0.2\ \mathrm{m/min} \times 1440\ \mathrm{min/day} = 288\ \mathrm{m^3/m^2 \cdot day}$
가 되어 표면적부하율은 약 288 m³/m²·day이다.

체류시간 10분 조건으로 구한 유효수심 2m와 유입유량 10000m³/day로 산정한 소요 표면적으로도 동일한 부하율이 재현되어 검산된다.

입자 간 상호 간섭력으로 주변 입자의 침강이 방해받는 중간 농도 부유액에서의 침전은 제3형 침전(계면침전, 지역침전)이다.

이 단계에서는 입자들이 서로 일정한 상대위치를 유지한 채 하나의 경계면(계면)을 이루며 함께 가라앉아 슬러지블랑켓과 상등수의 경계가 뚜렷하게 나타난다.

• 독립침전은 입자 농도가 낮아 입자끼리 간섭 없이 각자 침강하는 단계로 이 문항의 설명과 다르다.
• 응집침전은 입자가 서로 부착·응집하며 크기와 침강속도가 변하는 단계로, 상호 위치를 고정한 채 방해받는 이 문항의 설명과는 다르다.
• 압밀침전은 농도가 매우 높아 입자가 서로 접촉한 상태에서 압축되는 최종 단계로 이 문항과는 다르다.

Side Stream 방식으로 생물학적 인 방출과 화학적(석회) 침전을 결합해 인을 제거하는 공정은 Phostrip 공정이다.

Phostrip은 반송슬러지 일부를 혐기조로 보내 인을 용출시킨 뒤, 그 상등액만 별도(side stream)로 빼내 석회를 첨가해 화학적으로 침전시키는 방식이다.

• 수정 Bardenpho와 UCT 공정은 주 처리흐름 안에서 혐기·무산소·호기 반응조를 조합하는 순수 생물학적(main stream) 공정이다.
• SBR은 단일 반응조에서 시간차로 여러 공정을 수행하는 회분식 처리공정으로 side stream 화학적 인 제거와는 무관하다.

여과층의 레이놀즈수를 계산하면 약 8.5로, 층류 영역에 해당한다.

여과속도 160L/m²·min을 유속으로 환산하면
$160\ \mathrm{L/m^2 \cdot min} = 2.67\times10^{-3}\ \mathrm{m/sec}$
이고, 레이놀즈수는 $Re=\dfrac{vd}{\nu}$로 구한다.

값을 대입하면
$Re=\dfrac{2.67\times10^{-3}\times 3.2\times10^{-3}}{1.003\times10^{-6}}$
계산 결과 약 8.5가 되어 답과 일치한다.

글루코스의 혐기성 분해로 발생하는 메탄 부피는 약 3360 L이다.

글루코스(분자량 180)의 혐기성 분해 반응식은
$C_6H_{12}O_6 \rightarrow 3CH_4 + 3CO_2$
로, 글루코스 1몰당 메탄 3몰이 생성된다.

9.0kg을 몰수로 바꾸면
$9000\ \mathrm{g} \div 180\ \mathrm{g/mol} = 50\ \mathrm{mol}$
이고, 생성 메탄은 $50\times3=150\ \mathrm{mol}$이며 0℃, 1atm 표준상태 몰부피 22.4L/mol을 곱하면
$150\times22.4=3360\ \mathrm{L}$
가 되어 답과 일치한다.

분뇨는 유기물 농도(BOD·COD)가 매우 높아 호기성 처리 시 포기에 과도한 동력비가 소요되므로, 상대적으로 부담이 적은 혐기성 처리를 주로 적용한다.

혐기성 처리는 산소공급이 필요 없고 슬러지 발생량도 적어 고농도 유기성 폐기물인 분뇨 처리에 경제적으로 유리하다.

• 분뇨에 혐기성미생물이 서식한다는 사실 자체가 혐기성처리 채택의 근본 이유는 아니다.
• 분뇨 오염물질을 혐기성미생물만 분해할 수 있다는 설명은 사실이 아니며, 호기성 처리도 가능하다.
• 메탄가스 발생이 공법에 필수적이라는 설명은 목적과 수단이 뒤바뀐 설명이다.

SBR은 단일 반응조에서 유입·반응·침전·유출·휴지 등 단계를 시간차로 운영하는 회분식 공법으로, 충격부하나 첨두유량에 대한 대응성이 우수하므로 대응성이 약하다는 설명이 틀렸다.

유입 단계에서 유량·부하 변동을 반응조 내에서 흡수할 수 있어 유량조정조 기능을 겸하기 때문에 첨두유량 대응이 유리한 공법으로 평가된다.

• 1주기 내 호기-무산소-혐기 조건을 조성해 질산화·탈질을 도모할 수 있다는 설명은 옳다.
• 부지 제약상 처리용량이 큰 대규모 처리장에는 적용이 어렵다는 설명도 옳다.
• 운전 조건 조절이 자유로워 질소·인 동시제거의 유연성이 크다는 설명도 옳다.

진공탈수 후 슬러지의 함수율은 약 96%이다.

슬러지 비중을 1.0으로 보면 고형물량은 일정하므로, 초기 함수율 98%에서 고형물 비율은 100-98=2%이다.

부피가 50% 감소하면 고형물 비율은 부피에 반비례해 2배가 되어 2×(1/0.5)=4%이므로, 탈수 후 함수율은 100-4=96%로 답과 일치한다.

동일 밀도 입자의 스토크스 침강속도는 입자 직경의 제곱에 비례하므로, 두 입자의 침강속도비는 직경비의 제곱과 같다.

스토크스 식 $V=\dfrac{g(\rho_s-\rho_w)d^2}{18\mu}$에서 밀도와 점성이 동일하므로
$\dfrac{V_A}{V_B}=\left(\dfrac{d_A}{d_B}\right)^2$
이 된다.

직경비를 대입하면
$\left(\dfrac{2\times10^{-2}}{5\times10^{-2}}\right)^2=(0.4)^2=0.16$
이므로 답은 0.16이다.

시료가 착색·현탁된 경우 DO(윙클러-아지드화나트륨법) 측정의 전처리는 암모니아수와 칼륨명반(황산알루미늄칼륨)을 넣어 현탁물을 응집·침강시킨 뒤 그 상등액을 사용하는 것이 표준 전처리법이다.

칼륨명반이 수산화알루미늄 플록을 형성해 색도·탁도 유발 물질을 함께 흡착·침강시키므로, 여과나 다른 시약을 쓰는 방법보다 규정된 전처리 방식이다.

• 황산망간은 DO 측정 시 산소 고정(윙클러 반응) 시약이지 응집제가 아니다.
• 단순 여과는 미세 콜로이드성 탁도·색도를 제거하지 못해 착색·현탁 시료의 전처리로 부적합하다.
• 황산구리는 조류 억제 등에 쓰이는 시약으로 이 전처리 목적과는 관련이 없다.

이물질 유입이나 내용물 손실을 막기 위해 보호하는 용기는 밀폐용기이다.

밀폐용기는 이물 혼입이나 내용물의 손실 방지에 목적이 있는 반면, 기밀용기는 기체·수분의 침입까지 차단하고 밀봉용기는 기체나 미생물의 침입을 완전히 막는다는 점에서 보호 수준이 서로 다르다.

• 차광용기는 광선에 의한 변질을 막기 위한 용기로 이물 혼입 방지와는 목적이 다르다.
• 기밀용기와 밀봉용기는 이 문항이 요구하는 수준보다 더 엄격한 밀폐 성능을 갖는 용기이다.

0.005M KMnO₄ 400mL 조제에 필요한 KMnO₄의 양은 약 0.32g이다.

KMnO₄의 분자량은 K(39)+Mn(55)+4×O(16)=158이고, 필요한 몰수는
$0.005\ \mathrm{mol/L}\times 0.4\ \mathrm{L}=0.002\ \mathrm{mol}$
로 0.002 mol이다.

질량으로 환산하면
$0.002\ \mathrm{mol}\times158\ \mathrm{g/mol}=0.316\ \mathrm{g}$
이므로 약 0.32g이 되어 답과 일치한다.

시료 보존방법 중 아질산성 질소는 4℃ 냉장 보관만 하며 황산으로 산성화하지 않는다는 점에서, 황산으로 pH 2 이하로 보존한다는 설명이 틀렸다.

아질산이온은 산성 조건에서 불안정해 분해·산화되기 쉬우므로 산 첨가 없이 냉장 상태로 신속히 분석하는 것이 원칙이다.

• 총질소(용존 총질소)는 4℃ 냉장과 황산 pH 2 이하 산성화 보존이 맞는 설명이다.
• 화학적산소요구량(COD)도 4℃ 냉장과 황산 pH 2 이하 산성화 보존이 맞는 설명이다.
• 암모니아성 질소 역시 4℃ 냉장과 황산 pH 2 이하 산성화 보존이 맞는 설명이다.

NaOH 0.8g을 물 1L에 녹인 용액의 몰농도는 0.02M이다.

NaOH의 분자량 40이므로 몰수는
$0.8\ \mathrm{g}\div40\ \mathrm{g/mol}=0.02\ \mathrm{mol}$
이고, 부피가 1L이므로 몰농도는 그대로 $0.02\ \mathrm{mol/L}$가 되어 답과 일치한다.

탁도 측정에서 색깔이 있는 시료는 빛을 흡수하여 산란광이 줄어들므로 측정값이 오히려 낮게 나오는 경향이 있어, 측정값이 높게 분석된다는 설명이 틀렸다.

탁도계는 산란광의 세기로 흐림 정도를 측정하는데, 색소가 입사광·산란광을 함께 흡수하면 검출되는 산란광이 줄어 실제보다 과소평가된다.

• 크고 무거운 입자가 빠르게 침전하는 시료는 측정 시점에 이미 가라앉아 탁도값이 낮게 측정된다는 설명은 옳다.
• 기포는 빛을 산란시켜 오히려 탁도 측정값을 높인다는 설명도 옳다.
• 탁도계로 물의 흐림 정도(산란광)를 측정한다는 정의 자체도 옳다.

0℃ 기준 표준 pH 완충용액 중 pH가 가장 높은 것은 탄산염 표준용액(pH 약 10.3)이다.

같은 조건에서 붕산염 표준용액은 pH 약 9.5, 프탈산염 표준용액은 약 4.0, 수산염 표준용액은 약 1.7 수준으로 탄산염이 가장 높은 pH를 나타낸다.

따라서 네 완충용액 중 탄산염 표준용액을 선택하는 것이 옳다.

BOD 측정 시 유기물이 풍부한 가정 하수는 이미 충분한 미생물을 자체적으로 함유하고 있어 별도의 식종을 하지 않아도 된다.

반면 잔류염소를 함유한 폐수, 강산성으로 조정된 폐수, 미생물이 적은 화학공장 폐수는 시료 자체의 미생물 활성이 낮거나 저해되어 있어 식종 희석수를 별도로 첨가해야 정상적인 BOD 반응을 얻을 수 있다.

• 잔류염소를 함유한 폐수는 염소의 살균작용으로 미생물이 억제되어 식종이 필요하다.
• 강산성 폐수는 중화 과정에서 자생 미생물이 파괴되므로 식종이 필요하다.
• 화학공장 폐수는 생물상이 빈약하거나 독성이 있을 수 있어 식종이 필요하다.

Jar Test로 최적 응집제 주입량을 결정할 때 pH 완충용액은 필수 기구가 아니다.

Jar Test는 여러 비커에 동일 시료를 담아 응집제 주입량을 달리하며 Jar Tester로 교반하고, 정해진 시간 간격을 재는 시계와 침전·플록 형성을 관찰할 비커만 있으면 수행할 수 있다.

• 비커는 시료와 응집제를 담아 반응시키는 기본 용기로 반드시 필요하다.
• Jar Tester는 교반 강도와 시간을 제어하는 핵심 장치로 반드시 필요하다.
• 시계는 급속·완속교반 및 침전 시간을 측정하는 데 반드시 필요하다.

노말헥산 추출물질 시험에서 시료를 염산으로 산성화할 때 사용하는 지시약은 메틸오렌지이다.

메틸오렌지는 산성 영역(pH 4 부근)에서 색이 변하는 지시약으로, 시료가 노말헥산 추출에 적합하게 산성화되었는지 육안으로 확인하는 데 쓰인다.

메틸레드·페놀프탈레인·메틸렌블루는 각각 다른 변색 범위나 용도(산화환원 지시 등)를 가진 지시약으로 이 시험의 표준 지시약이 아니다.

냄새 측정에서 각 판정요원의 냄새 역치는 산술평균이 아닌 기하평균으로 산정해야 하므로, 산술평균한다는 설명이 틀렸다.

개인차가 큰 역치 값을 대푯값으로 나타낼 때는 기하평균을 사용해야 극단값의 왜곡을 줄일 수 있기 때문이다.

• 후각을 이용해 냄새를 측정한다는 설명은 옳다.
• 잔류염소 냄새를 측정 대상에서 제외한다는 설명도 옳다.
• 역치를 감지 가능한 최대 희석배수로 정의한다는 설명도 옳다.

램버트-비어 법칙에서 흡광도(A)는 투과도 t에 대해 $A=\log\dfrac{1}{t}$로 정의된다.

투과도 t는 입사광과 투사광의 비 $t=I_t/I_o$이며, 흡광도는 이 투과도의 역수에 상용로그를 취한 값이므로 log(1/t)가 정답이다.

t 자체나 t×100(투과율, %)은 흡광도가 아닌 투과도·투과율의 정의에 해당한다.

분원성대장균군을 막여과법으로 배양할 때의 배양온도는 44.5±0.2℃이다.

분원성대장균군은 일반 총대장균군(35±0.5℃)보다 높은 온도에서 선택적으로 발육시켜 분변 유래균만 특이적으로 판별하기 위한 조건이다.

채취용기를 시료 자체로 헹구지 않고 맑은 물로만 씻는다는 설명이 옳지 않다. 수질오염공정시험기준상 채취용기는 시료를 채우기 전에 채취하려는 시료로 2~3회 이상 헹군 후 사용하는 것이 원칙이다.

나머지 설명은 옳은 내용이다.

• 용존가스·환원성 물질·휘발성 유기물질을 측정할 시료는 공기와의 접촉을 막기 위해 병을 가득 채워 채취한다는 설명은 옳다.
• 지하수 시료는 고여 있는 물을 충분히 퍼낸 뒤 pH·전기전도도가 평형을 이룰 때 새로 나온 물을 채취한다는 설명은 옳다.
• 시료채취량은 시험항목과 횟수에 따라 다르나 보통 3~5L 정도라는 설명도 옳다.

공장폐수의 BOD는 약 201.5mg/L로 계산된다. Winkler-Azide 적정에서 0.025N-Na₂S₂O₃ 1mL는 용존산소 0.2mg에 해당하므로, 초기 DO와 5일 후 DO를 각각 구한 뒤 희석배수를 곱해 BOD를 구한다.

DO(mg/L) = 적정량×factor×0.2×(1000/적정에 사용한 액량)×(BOD병 용량/(BOD병 용량-시약량))을 적용하면
초기 DO = 4.0×1×0.2×(1000/100)×(285/283) ≈ 8.06mg/L
5일 후 DO = 2.0×1×0.2×(1000/100)×(285/283) ≈ 4.03mg/L

따라서 BOD = (8.06-4.03)×50 ≈ 201.5mg/L로, 희석배수 50배를 반영한 값이 정답과 일치한다.

원자형광법(냉증기-원자형광광도법)은 수은 측정에 사용된다. 수질오염공정시험기준상 수은은 저농도까지 정밀하게 측정하기 위해 냉증기를 발생시킨 뒤 형광 세기를 측정하는 원자형광법을 적용한다.

납, 6가크롬, 비소는 원자흡광광도법이나 유도결합플라스마법 등 다른 방법으로 측정하는 항목이며 원자형광법의 대상이 아니다.

이 폐수의 COD는 약 13.3mg/L이다. 산성 100℃ KMnO₄법에서 0.025N-KMnO₄ 1mL는 산소 0.2mg에 해당하므로, 시료 적정량에서 바탕시험 적정량을 뺀 값에 factor와 환산계수를 곱해 구한다.

COD(mg/L) = (시료 적정량-바탕시험 적정량)×factor×0.2×(1000/시료량)을 적용하면
COD = (7.5-1.00)×1.02×0.2×(1000/100) = 6.5×1.02×0.2×10 ≈ 13.3mg/L

이는 보기 중 13.3mg/L와 일치한다.

사방시설로 가둔 물은 호소의 정의에서 제외된다는 점에서 첫 번째 설명이 옳지 않다. 물환경보전법상 호소는 댐·보·둑 등을 쌓아 하천이나 계곡에 흐르는 물을 가두어 놓은 곳을 말하되, 사방사업법에 따른 사방시설로 가두어진 곳은 명시적으로 제외된다.

따라서 사방시설을 포함하여 물을 가두어 놓은 곳이라는 설명은 법령의 제외 규정과 반대되어 틀린 내용이다.

하천의 물이 자연적으로 가두어진 곳, 화산활동으로 함몰된 지역에 물이 가두어진 곳, 댐·보로 하천이나 계곡의 물을 가두어 놓은 곳이라는 나머지 설명은 모두 법령상 호소의 정의에 해당한다.

폐수무방류배출시설은 폐수를 위탁 처리하는 시설이 아니라 사업장 내에서 자체적으로 처리해 재이용하는 시설이라는 점에서 세 번째 설명이 옳지 않다. 물환경보전법상 폐수무방류배출시설이란 폐수배출시설에서 발생하는 폐수를 그 사업장에서 자체 처리하여 방류하지 않고 재이용하거나 증발·침투시키는 등 공공수역으로 배출하지 아니하는 시설을 말한다.

위탁하여 배출하지 아니하는 시설이라는 표현은 폐수를 외부에 위탁 처리한다는 의미로 실제 정의와 다르다.

폐수, 수질오염물질, 기타 수질오염원에 대한 나머지 정의는 법령상 정의와 일치한다.

살균시설은 화학적 처리시설로 분류되어 생물화학적 처리시설에 해당하지 않는다. 물환경보전법령상 방지시설 분류에서 생물화학적 처리시설에는 폭기시설, 살수여과상, 접촉조 등 미생물의 분해작용을 이용하는 시설이 포함된다.

반면 살균시설은 염소나 자외선 등으로 소독을 수행하는 시설로 화학적 처리시설군에 속한다.

국가 물환경관리기본계획은 10년마다 수립한다. 물환경보전법상 기후에너지환경부장관은 공공수역의 물환경을 관리·보전하기 위해 10년 단위의 국가 물환경관리기본계획을 수립하며, 5년마다 타당성을 재검토한다.

대권역·중권역 물환경관리계획도 같은 10년 단위 체계로 운영되어 상위계획과 정합성을 유지한다.

용매 추출유분은 호소의 생활환경기준 항목으로, 하천의 생활환경기준 항목에는 포함되지 않는다. 하천의 생활환경기준은 수소이온농도, 생물화학적산소요구량, 화학적산소요구량, 부유물질량, 용존산소량, 총대장균군, 총인 등으로 구성된다.

반면 용매 추출유분(광유류·동식물유지류)은 정체성이 큰 호소에서 유지류에 의한 오염을 관리하기 위해 호소 항목에만 설정되어 있다.

오염도 조사 및 오염부하량 산정방법은 오염총량관리기본계획에 포함되는 사항으로, 시행계획의 포함사항이 아니다. 오염총량관리시행계획에는 오염원 현황 및 예측, 연차별 오염부하량 삭감 목표와 구체적 삭감 방안, 수질예측 산정자료 및 이행 모니터링 계획 등 실행 단계의 사항이 담긴다.

반면 유역 오염도의 조사 방법이나 오염부하량 산정방법 자체는 상위계획인 오염총량관리기본계획에서 정하는 사항이다.

하천의 사람 건강보호기준상 비소는 0.05mg/L 이하로 설정되어 있다. 이는 수질 및 수생태계 환경기준의 사람의 건강보호기준 표에 명시된 값과 일치한다.

6가크롬의 기준은 0.5mg/L가 아닌 0.05mg/L 이하이며, 음이온계면활성제는 0.1mg/L가 아닌 0.5mg/L 이하, 테트라클로로에틸렌은 0.02mg/L가 아닌 0.04mg/L 이하로 각각 기준값이 다르게 설정되어 있다.