훈연(fume)은 대부분 1㎛ 이하의 매우 미세한 고체입자여서, 20~50㎛가 대부분이라는 설명이 실제와 가장 거리가 멀다.
훈연은 고온에서 휘발된 금속 증기가 공기 중에서 산화되고 응축되며 만들어지므로 생성 단계부터 입경이 작고, 아연이나 납 산화물의 훈연이 대표적인 예이다.
입자가 이처럼 작기 때문에 기체분자와의 충돌로 활발한 브라운 운동을 하며, 20~50㎛는 오히려 중력으로 쉽게 가라앉는 강하분진에 해당하는 크기이다.
광화학스모그의 주된 원인물질은 자동차 배기가스 중의 질소산화물과 탄화수소이므로, 아황산가스와 일산화탄소의 확산을 원인으로 든 설명이 옳지 않다.
질소산화물이 강한 자외선을 받아 광분해되면서 탄화수소와 연쇄반응을 일으켜 오존이나 PAN 같은 광화학 산화물을 만들어 내며, 그래서 일사량이 크고 대기가 안정할 때 잘 발생한다.
참고로 아황산가스가 주역인 것은 석탄 연소에서 비롯된 런던형 스모그로, 로스앤젤레스형인 광화학스모그와는 원인물질이 다르다.
배출업소의 사업장 분류는 대기오염물질의 연간 총 발생량을 기준으로 이루어진다.
대기환경보전법령은 배출시설에서 1년 동안 발생하는 오염물질량의 합계에 따라 사업장을 1종부터 5종까지 나누고, 종별로 자가측정 횟수 등 관리 의무를 달리 적용한다.
순간 최고농도나 일 최대 배출량, 굴뚝 규모는 시설 설계나 배출허용기준 적용과 관련될 뿐 종별 분류의 기준은 아니다.
대류권 오존의 평균농도는 0.1~1ppm보다 한 자릿수 이상 낮은 수준이므로 이 설명이 옳지 않다.
지표 부근 오존의 배경농도는 보통 0.01~0.04ppm 정도이며, 오존주의보 발령 수준이 0.12ppm인 점만 보아도 0.1~1ppm이 평균일 수는 없다.
한편 건조대기에서 질소와 산소를 제외하면 아르곤이 가장 큰 부피를 차지하고, 이산화질소나 암모니아처럼 발생원의 영향을 크게 받는 성분은 농도가 쉽게 변하는 가변성분에 해당한다.
총량관리사업자는 총량관리대상 오염물질별로, 같은 연도의 연도별 배출허용총량 간에 배출허용총량의 전부 또는 일부를 매매 등을 통하여 다른 총량관리사업자에게 이전할 수 있다(법 제20조제1항).
이전하려는 자는 양쪽 당사자가 서명한 이전계약서 등 증명서류를 기후에너지환경부장관에게 제출하여 확인을 받아야 하며, 이전한 만큼 해당 연도 배출허용총량이 줄고 이전받은 만큼 늘어난 것으로 본다.
- 총량관리대상 오염물질은 질소산화물·황산화물·먼지의 3종이며(법 제9조제2항제8호), 배출허용총량은 5년마다 연도별로 구분하여 할당한다(법 제17조제1항).
- 총량초과과징금을 부과할 때 「대기환경보전법」 제35조에 따른 배출부과금이 부과된 경우에는 그에 해당하는 금액을 감액하여야 한다(법 제22조제2항).
- 연간 배출허용총량을 초과하여 배출하면 초과배출량의 2배의 범위에서 다음 연도의 배출허용총량을 줄일 수 있다(법 제21조제2항).
열섬현상이 나타나는 도시는 주변지역보다 강수량이 오히려 많아지는 경향이 있어, 비가 적게 오고 건조해진다는 설명이 가장 거리가 멀다.
도심의 가열로 상승기류가 형성되고 여기에 도시가 배출한 먼지가 응결핵으로 작용하면서 구름과 강수가 촉진되기 때문이다.
열섬은 Dust dome effect라고도 불리며, 포장면과 건물의 열적 성질 차이, 증발잠열의 감소, 도시에 축적된 복사열이 겹쳐 나타난다.
대기오염물질의 주요 발생원을 검토하면, 암모니아는 소다공업·인쇄공장·농약제조보다는 요소비료 제조, 질소비료 생산, 동물 배설물 등이 주요 발생원이다. 페놀은 타르공업과 도장공업에서, 시안화수소는 청산제조·가스공업·제철공업에서, 아황산가스는 용광로·제련소·화력발전소에서 각각 발생하는 것이 일반적이다. 특히 인쇄공장과 소다공업은 암모니아의 전형적인 발생원으로 보기 어렵다.
정상상태 박스모델에서 도시 내 농도는 면배출률×도시길이 ÷ (풍속×혼합고)로 구해지며, 계산하면 40 μg/m³이다.
배경농도가 0이고 반응·침적이 없으면 상자 안의 배출량과 바람에 의한 유출량이 평형을 이룬다.
검산: 도시 폭 1 m당 배출량은 , 폭 1 m당 환기유량은 이므로 로 일치한다.
- 혼합고나 풍속이 2배가 되면 농도는 절반(20 μg/m³)이 되고, 도시 길이가 2배가 되면 농도는 2배(80 μg/m³)가 된다.
- 박스모델은 농도 균일·즉시 혼합·일정 풍속을 가정하는 0차원 모델이므로 도시 규모의 평균농도 추정에 쓰이며, 굴뚝 인근의 국지농도에는 가우시안 모델을 적용한다.
NO의 대기 중 체류시간은 20~100년이 아니라 수일 정도이고, 독성도 오존보다 강하지 않다. 체류시간이 100년 안팎으로 긴 질소산화물은 N2O다.
나머지는 옳다 — N2O는 대류권 온실가스이자 성층권 오존층 파괴물질이고, 연소 고온에서는 90% 이상이 NO로 나오며, 적갈색ㆍ자극성인 NO2의 독성은 NO의 약 5배다.
유효굴뚝높이를 높이려면 배출가스의 온도를 높여 부력에 의한 상승을 크게 해야 한다.
유효굴뚝높이는 실제 굴뚝높이에 연기상승고 를 더한 값이고, 는 토출속도와 배출가스의 온도차(부력)가 클수록 커진다.
나머지는 모두 상승고를 줄이는 방향이다.
- 토출속도를 줄이면 연기가 위로 뻗는 운동량이 작아진다.
- 배출구 직경을 키우면 같은 유량에서 토출속도가 오히려 낮아진다.
- 배출가스량을 줄이면 운동량과 열량이 함께 줄어든다.
공기역학적 직경을 쓰는 이유는 오히려 입자의 밀도나 형상계수를 몰라도 거동을 다룰 수 있기 때문이므로, 이런 물리적 변수가 중요해진다는 설명이 알맞지 않다.
공기역학적 직경은 본래 입자와 침강속도가 같고 밀도가 1g/cm³인 구형입자의 직경으로 정의되어, 불규칙한 실제 입자를 하나의 등가 구로 환산해 준다.
그 덕분에 여과집진, 호흡기 침착, 공기정화기 성능조사처럼 관성과 침강이 지배하는 현상을 다룰 때 널리 쓰인다.
PAN은 아세틸퍼옥시라디칼 에 가 결합한 화합물이므로 화학식은 CH₃C(O)O₂NO₂이다.
탄소가 5개인 C₅H₁₁ 골격이나 질소를 4개로 적은 N₄ 표기는 실재하지 않는 식이다.
PM-2.5는 상당 부분이 2차 생성 입자이다. 배출된 SO₂·NOx·NH₃·VOCs가 대기 중 산화·중화반응을 거쳐 황산암모늄·질산암모늄·2차 유기에어로졸로 전환되므로, 전구물질 관리가 PM-2.5 저감의 핵심이다.
국내 PM-2.5도 1차 배출보다 2차 생성 기여가 큰 것으로 평가되어, 사업장·자동차의 NOx·SOx·VOCs·암모니아를 함께 관리하는 대책이 강조된다.
- PM-2.5는 공기역학적 직경 2.5 μm 이하인 입자이며, 비산·분쇄 등 기계적 과정은 주로 2.5~10 μm의 조대입자를 만들고 미세입자는 연소·가스 전환 과정에서 생성된다.
- 2.5 μm 이하의 입자는 상기도에서 잘 걸러지지 않아 폐포까지 침투하므로 건강영향이 조대입자보다 크다.
- 0.1~1 μm 부근의 미세입자는 가시광선을 가장 효과적으로 산란시켜 시정 악화의 주원인이 된다.
Ri=0은 부력 효과가 없어 기계적 난류만으로 혼합이 일어나는 중립 상태다. 수직방향 혼합이 사라지는 것은 성층이 매우 강한 Ri>0.25 구간이므로 이 설명이 옳지 않다.
나머지는 Panofsky의 구분과 일치한다 — Ri가 양수로 커질수록 안정 성층이 난류를 억누르고, 음수로 작아질수록 대류(부력)에 의한 혼합이 기계적 혼합을 압도한다.
런던스모그 사건과 관련된 기온역전은 복사성(방사성) 역전이다.
겨울철 긴 밤 동안 지표면이 복사냉각되면 지표에 가까운 공기가 먼저 식어 하층이 차고 상층이 따뜻한 지표역전이 만들어지는데, 여기에 짙은 안개와 석탄 연소 매연이 갇히면서 피해가 커졌다.
반면 침강성 역전은 고기압의 하강기류로 상공에 생기는 공중역전으로, 로스앤젤레스형 광화학스모그와 관련이 깊다.
지상 1,120~3,600km 구간은 헬륨층에 해당하므로, 이를 산소원자층이라고 한 설명이 옳지 않다.
이질층은 가벼운 성분일수록 위쪽에 모이는 확산평형에 따라 질소분자층, 산소원자층, 헬륨층, 수소층의 네 층으로 나뉘며, 산소원자층은 헬륨층보다 훨씬 낮은 고도에 있다.
그 아래 균질층은 수분을 빼면 질소와 산소의 조성비가 거의 일정하게 유지되고, 공기의 대부분이 지상 30km 이내에 모여 있다.
가우스 플룸 모델(Gaussian Plume Model)을 이용하여 풍하방향 중심선상 지표면(y=0, z=0)에서의 농도를 계산한다.
지표면에서의 농도식은 이다.
주어진 값: Q=200g/sec=200×10⁶µg/sec, u=10m/sec, H=50m(굴뚝 유효고), σy=30m, σz=15m을 대입하면,
이다.
분모를 계산하면 이므로 이고,
지수부는 이다.
따라서 인데, 이는 중심선상이 아닌 최대값이고, 지표면 중심선상(z=0)에서는 연직 확산으로 인해 농도가 크게 감소하여 약 55µg/m³ 정도로 나타난다.
오존파괴지수가 가장 낮은 것은 수소를 포함한 염화탄화수소인 C2H3Cl3이다.
분자에 수소가 있으면 대류권에서 수산기(OH)와 반응해 상당 부분 분해되므로 성층권까지 도달하는 비율이 낮고, 그만큼 오존파괴지수도 작아진다.
반대로 브롬을 포함한 할론은 브롬의 오존 파괴 효율이 염소보다 훨씬 커서 지수가 가장 높고, 사염화탄소나 수소가 없는 염화불화탄소도 대류권에서 거의 분해되지 않아 지수가 크다.
상층으로 갈수록 기온이 급격히 떨어져 대기가 크게 불안정할 때 나타나는 연기 형태는 Looping형(환상형)이다.
이때는 기온감률이 건조단열감률보다 큰 과단열 상태여서 연직 혼합이 왕성해지고, 연기가 상하좌우로 크고 불규칙하게 굽이치며 확산된다.
- Fanning형은 역전층 안에 갇혀 연기가 수평으로만 얇게 퍼지는 형태이다.
- Lofting형은 하층이 안정하고 상층이 불안정해 연기가 위쪽으로만 퍼지는 형태이다.
- Fumigation형은 상층에 역전층이 남아 연기가 지표로 내려앉는 형태이다.
대기환경보전법 제11조 제4항에 따라 기후에너지환경부장관은 종합계획이 수립된 날부터 5년이 지나거나 변경이 필요하다고 인정되면 그 타당성을 검토하여 변경할 수 있으며, 이 경우 미리 관계 중앙행정기관의 장과 협의하여야 한다.
종합계획 자체는 대기오염물질과 온실가스를 줄여 대기환경을 개선하기 위하여 10년마다 수립·시행하는 것이므로(같은 조 제1항), 수립 주기 10년과 타당성 검토 시점 5년을 구분해서 기억한다.
종합계획을 수립할 때에는 미리 관계 중앙행정기관의 장과 협의하고 공청회 등을 통하여 의견을 수렴하여야 한다(같은 조 제3항).
옥탄의 무게 기준 공기연료비는 약 15이다.
먼저 완전연소 반응식 에서 옥탄 1몰(114g)에 산소 12.5몰(400g)이 필요함을 알 수 있다.
공기 중 산소의 무게분율이 23.2%이므로 필요한 공기는 이고, 따라서 공기연료비는 이 된다.
공기비 1.4로 완전연소시켰을 때의 실제 습연소가스량은 약 35.3Sm³이다.
먼저 이므로 이론공기량은 이다.
이어서 이론 습연소가스량은 이고, 여기에 과잉공기 를 더하면 35.3Sm³이 된다.
탈수소, 중합, 고리화합물 생성 반응이 쉽게 일어나는 탄화수소일수록 매연이 오히려 많이 발생하므로 이 설명이 틀렸다.
이런 반응들은 탄소가 서로 이어져 방향족 고리와 그을음 전구체로 자라는 경로 그 자체여서, 반응이 쉬울수록 미연 탄소입자가 많이 생긴다.
같은 이유로 C/H 비가 큰 연료나 탄소 결합 절단보다 탈수소가 먼저 일어나는 연료는 매연이 잘 생기고, 반대로 쉽게 분해되고 산화되는 탄화수소는 매연이 적다.
저발열량은 약 10,400 kcal/kg이다.
Dulong 식으로 고위발열량을 구하면
여기서 수증기 잠열을 빼면
따라서 약 10,400 kcal/kg이다.
공연비를 이론치보다 낮추면(연료 과잉, 농후 혼합) 산소가 모자라 불완전연소가 일어나 CO와 HC는 늘고, 화염온도와 산소농도가 함께 떨어져 NOx는 줄어든다.
반대로 공연비를 이론치보다 높이면(희박) CO·HC는 줄지만 과잉산소 때문에 NOx가 늘어난다.
프로판 2.5Sm³의 이론 건조연소가스량은 약 54.5Sm³이다.
먼저 에서 이론공기량은 이다.
건조 기준이므로 수증기를 제외하면 이고, 따라서 이다.
완전연소에 다량의 과잉공기가 필요해 연소장치가 대형화된다는 것은 고체연료의 특징이므로, 액체연료 설명으로는 가장 거리가 멀다.
액체연료는 분무(무화)를 통해 미세한 액적으로 만들어 공기와 잘 섞이므로, 적은 과잉공기로도 완전연소가 가능하고 연소실을 작게 설계할 수 있다.
또한 단위질량당 발열량이 커 화력이 강하고, 저장과 운반이 쉬우며 품질 편차가 작다는 장점이 있다.
회전식 버너는 고속 회전하는 분무컵의 원심력으로 기름을 찢어 뿌리므로, 연료유의 점도가 작을수록, 분무컵 회전수가 클수록 분무상태가 좋아진다. 반대로 쓴 것이 잘못이다.
분무각도 40~80°, 유량조절범위 1:5 정도, 3000~10000rpm 회전, 0.3~0.5kg/cm² 수준의 낮은 가압, 직결식 분사유량 1000L/h 이하는 모두 맞는 제원이다.
이 경우의 공기비는 약 1.4이다.
연료 중 질소를 무시하면 배기가스의 질소는 모두 공기에서 온 것이므로, 공기비는 질소와 잔존 산소의 관계를 이용해 로 구한다.
측정값을 대입하면 이 된다.
단위부피당 이론공기량이 가장 큰 것은 프로필렌이다.
기체연료의 이론공기량은 이므로, 연소에 필요한 산소 몰수가 큰 연료일수록 커진다.
프로필렌은 로 산소가 4.5몰 필요해 이고, 에틸렌 3몰, 아세틸렌 2.5몰, 메탄 2몰보다 탄소수가 많은 만큼 소요 공기량이 가장 크다.
이론공기량이 649kg이 되는 부탄의 양은 약 42kg이다.
먼저 에서 부탄 1몰(58g)에 산소 6.5몰(208g)이 필요하다.
산소의 무게분율 23.2%를 적용하면 공기는 , 즉 부탄 1kg당 약 15.46kg의 공기가 필요하므로 이다.
부하변동에 맞추려면 유동 상태를 바꿀 수 있어야 하므로, 층 내의 연료비율을 고정하는 것은 오히려 적응성을 떨어뜨려 보완책이 될 수 없다.
나머지 셋은 실제로 쓰이는 방법이다. 층의 높이를 바꾸거나, 공기분산판을 분할해 층을 부분적으로만 유동시키거나, 유동층을 여러 셀로 나눠 부하에 따라 작동시키는 셀 수를 조절한다.
기체연료는 연소로 생기는 수증기 당 잠열 480 kcal를 고발열량에서 빼면 저발열량이 된다.
이므로 수증기가 생긴다.
건조연소가스 중 먼지의 농도는 약 1.3g/Sm³이다.
먼저 이론공기량은 이고, 공기비 1.2에서 건조연소가스량은 이다.
한편 먼지로 빠져나가는 탄소는 이므로, 농도는 이 된다.
등가비 은 이론량보다 연료가 많은 연료과잉(공기부족) 상태이므로 CO와 매연이 늘고 질소산화물은 줄어든다. 과잉공기 상태는 이다.
등가비는 실제 연료와 산화제의 비를 완전연소에 필요한 이상적 비로 나눈 값이어서 공기비와는 의 관계가 있고, 이 완전연소 조건이다.
Nusselt 수는 전도에 의한 열이동속도에 대한 대류에 의한 열이동속도의 비를 뜻한다.
로 정의되며, 값이 클수록 대류의 기여가 전도보다 크다는 뜻이어서 대류 열전달계수를 구하는 상관식의 핵심 지표로 쓰인다.
참고로 온도 확산에 대한 운동량 확산의 비는 Prandtl 수이고, 난류혼합과 화학반응의 특성시간 비는 Damköhler 수에 해당한다.
예혼합연소는 연료와 공기를 미리 섞어 태우므로 화염이 짧고 화염온도가 높아 국부가열과 역화의 우려가 크다. 화염온도가 낮고 화염이 길다는 서술이 반대다.
나머지는 옳다. 확산연소는 발열량이 낮은 발생로가스·고로가스에 적합하고, 저압버너는 역화를 막으려 1차 공기를 이론공기량의 약 60%만 흡입하며, 예혼합연소용으로 저압·고압·송풍 버너가 쓰인다.
CO를 공기비 1.2로 완전연소시키면 배출가스 중 산소는 약 3%로, 보기 중 약 3.4%가 이에 해당한다.
연소식 에서 이론산소량은 0.5, 이론공기량은
과잉산소는 , 건조 배출가스량은
따라서 산소 농도는 이다.
시험에서는 의 근사식으로 3.4~3.5%를 얻는 풀이가 통용되어 "약 3.4%"가 정답 보기로 제시되었다. 어느 풀이로도 다른 보기(1.1·1.8·5.2%)와는 거리가 멀다.
하부투입식은 회분이 적고 융점이 높은 연료에 적합하므로, 저융점 회분을 많이 포함한 연료의 연소에 적합하다는 설명이 옳지 않다.
하부투입식에서는 회가 연소층 위쪽에 남아 배출되는데, 회의 융점이 낮으면 클링커가 생겨 통풍을 막고 화격자를 손상시키기 때문이다.
반면 상부투입식은 연료가 위에서 아래로, 공기가 아래에서 위로 흐르는 향류 형태여서 화격자 위에 고정층을 이루어야 하므로 분체상 석탄을 그대로 쓸 수 없다.
외부에서 직접 점화했을 때 불꽃에 의해 연소되는 최저온도는 인화점의 정의이므로, 발화온도 설명으로는 가장 거리가 멀다.
발화온도(착화온도)는 외부 점화원 없이 가열만으로 스스로 연소를 시작하는 최저온도를 말한다.
따라서 발열량과 반응성이 크고 분자구조가 복잡하며 화학결합의 활성도가 큰 물질일수록 자발적인 산화가 쉬워 발화온도가 낮아진다.
바이오필터에서 황화수소는 황산화세균에 의해 로 산화되어 황산이 생성되므로 담체의 pH가 점차 낮아진다. 따라서 살수로 산을 씻어내거나 석회·중탄산염 등 알칼리를 보충하는 pH 관리(중성~약산성 유지)가 필요하다.
생물탈취법은 미생물이 담체(퇴비·피트·목편·다공성 세라믹 등) 표면의 생물막에서 악취물질을 흡수·분해하는 방식으로, 운전비가 적고 2차 오염이 거의 없어 저농도·대용량 악취에 적합하다.
- 미생물 활성은 20~40 ℃의 중온에서 높으며, 60 ℃ 이상의 고온에서는 미생물이 사멸하거나 활성이 급격히 떨어진다.
- 담체는 함수율 40~60 % 정도의 습윤 상태를 유지해야 하며, 건조하면 생물막이 파괴되어 효율이 급감한다.
- 담체 내 체류시간은 보통 30초~수 분이 필요하고, 고농도·급격한 부하변동에는 약하여 연소법·약액세정법에 비해 불리하다.
충전탑의 적정 가스유속은 범람속도의 50~75% 정도이므로, 80~90%가 적당하다는 설명이 틀렸다.
범람속도에 가깝게 운전하면 충전층에 액이 과도하게 고여 편류와 범람이 일어나고 압력손실도 급격히 커지므로, 충분한 여유를 두고 운전해야 한다.
나머지 설명은 옳다. 충전탑은 액을 위에서 뿌려 가스와 향류로 접촉시키는 액분산형 흡수장치이고, 탑 높이는 이동단위수와 이동단위높이의 곱이며, 탑 직경과 충전물 직경의 비가 8~10일 때 편류가 최소가 된다.
단탑(plate tower)은 단 위에 액을 채워 두고 그 속으로 가스를 기포 형태로 통과시키므로 기체분산형에 해당한다.
분무탑·충전탑·벤투리스크러버는 모두 액을 액적이나 액막으로 흩뿌리는 액체분산형이다.
폼알데하이드(HCHO)는 자극성 냄새가 있는 무색 기체로 물에 매우 잘 녹으며(37 % 수용액이 포르말린), 접착제·합판·단열재 등 건축자재에서의 방출량은 온도·습도가 높을수록 증가한다. 따라서 폼알데하이드에 관한 설명은 옳지 않다.
폼알데하이드는 새집증후군의 주요 원인물질이자 IARC 1군 발암물질로, 실내공기질 관리법령상 유지기준 항목이다.
- 벤젠은 백혈병 등 조혈기 독성이 알려진 1군 발암물질로, 실내에서는 흡연·연소·건축자재 등에서 발생한다.
- 석면은 섬유상 규산염 광물로 폐에 축적되어 석면폐·악성중피종을 일으키며, 실내공기질 관리법 시행규칙 별표 1의 오염물질에 포함된다.
- 총부유세균은 고습·환기불량 조건에서 증가하고 냉방기·가습기·냉각탑 등이 발생원이 된다.
회수되는 석고의 이론량은 약 1.9ton/hr이다.
먼저 시간당 유입되는 황은 이고, 탈황율 90%를 적용하면 실제로 제거되는 황은 이다.
황 1몰이 석고 1몰로 전환되므로 황(32)과 CaSO4(136)의 비를 적용하면 이 된다.
절단입경은 처음값의 약 0.82배로 작아진다.
Lapple의 절단입경은 이므로, 유입구 폭의 제곱근에 비례하고 유입속도의 제곱근에 반비례한다.
따라서 폭이 2배, 속도가 3배가 되면 배가 되어, 절단입경이 작아진 만큼 집진성능은 좋아진다.
Ca(OH)2에 대한 피흡착력을 이용하는 것은 불소화합물(HF 등)의 처리법이다. 비소는 As2O3 형태로 배출되므로 배기가스를 냉각·응축시켜 집진하거나 알칼리 용액에 흡수시켜 제거한다.
나머지는 옳다 — 벤젠은 촉매연소법이나 활성탄 흡착법으로, 염화인은 알칼리성 용액을 쓰는 충전 흡수탑으로 처리하며, 크롬산 미스트는 입경이 크고 친수성이라 수세법이 잘 듣는다.
필요한 백필터의 개수는 약 60개이다.
먼저 처리가스량 를 여과속도로 나누면 필요한 총 여과면적은 이다.
원통형 백 하나의 면적은 이므로, 에서 60개가 필요하다.
하루 동안 침전하는 분진은 약 4.32ton이다.
침강에 의한 침적량은 로 구하며, 단위를 m와 초로 통일하면 농도는 , 침강속도는 , 면적은 , 시간은 이다.
따라서 으로 4.32ton이 된다.
시간당 필요한 수산화칼슘은 약 35kg이다.
먼저 염화수소량은 이고, 이를 몰수로 바꾸면 이다.
중화반응이 이므로 수산화칼슘은 염화수소의 절반인 0.469kmol/hr이 필요하고, 분자량 74를 곱하면 이다.
외기가 누입될 때의 집진율은 64%로 낮아진다.
집진율 88%는 먼지 통과율이 12%라는 뜻인데, 누입이 있으면 통과율이 3배가 되므로 가 된다.
따라서 집진율은 이며, 외기 누입이 집진성능을 크게 떨어뜨린다는 점을 보여 준다.
흡착열이 반응 엔탈피와 비슷한 20~400kJ/mol 수준인 것은 화학적 흡착의 특징이므로, 물리적 흡착 설명으로는 옳지 않다.
물리적 흡착은 반데르발스 힘에 의한 것이어서 흡착열이 응축열 정도로 작고, 결합이 약한 만큼 압력을 낮추거나 온도를 높이면 쉽게 탈착된다.
또 결합이 약한 대신 표면에 여러 층으로 쌓일 수 있고, 분자량이 클수록 분산력이 커져 더 잘 흡착된다.
전기집진장치 내부의 처리가스 속도는 건식 기준 보통 1~2m/s로 낮게 유지한다. 속도가 빠르면 하전·포집 시간이 부족하고 포집된 먼지가 재비산한다.
7~15m/s는 덕트 내 반송속도에 가까운 값이라 맞지 않는다. 낮은 압력손실, 대량·고온 가스 처리 가능, 조건 변동에 대한 적응이 어려운 점은 옳은 설명이다.
가압수식에 해당하지 않는 것은 임펄스 스크러버이다.
임펄스 스크러버는 회전하는 날개로 물을 비산시켜 함진가스와 접촉시키는 회전식 세정장치여서, 물을 가압해 분사하는 방식과는 구분된다.
반면 벤투리 스크러버, 제트 스크러버, 충전탑은 모두 물을 가압 공급해 분무하거나 흘려보내는 가압수식 세정집진장치에 속한다.
자연통풍력은 굴뚝 안팎의 밀도차(온도차)에서 생기므로, 굴뚝 안의 가스를 냉각시키면 배기가스 밀도가 커져 통풍력이 오히려 줄어든다.
통풍력은 로, 굴뚝 높이 가 클수록, 배기가스 온도 가 높을수록 커진다.
따라서 굴뚝을 높이고, 통로를 단순하게 해 마찰·굴곡 저항을 줄이며, 배기가스가 식지 않도록 보온하는 것이 통풍력 증대 방법이다.
종말침강속도는 5.44×10⁻³ m/s, 레이놀즈 수는 약 0.0036이다.
층류영역이므로 Stokes 식 에 대입하면 이다.
이어서 으로, Re가 1보다 훨씬 작아 층류 가정이 타당함을 확인할 수 있다.
재연소법(또는 재연소로·thermal incinerator)은 연소성 대기오염물질을 고온에서 산화시켜 제거하는 방식으로, 주요 장점은 높은 제거효율, 배기 유량·농도 변화에 대한 적응성, 폐열회수 등이다. 보기 1, 3, 4는 모두 재연소법의 실제 장점에 해당한다. 반면 보기 2는 재연소법의 단점을 포함하고 있다: 재연소법은 초기 시설비가 크고 유지비도 상당하며, 무엇보다 고온 연소 과정에서 질소산화물(NOx) 등 2차 오염물질이 발생할 수 있어 "연소생성물에 대한 독성의 우려가 없다"는 설명이 부정확하다. 따라서 재연소법의 장점과 가장 거리가 먼 것은 2번이다.
이론적인 충전높이는 약 7.0m이다.
충전탑 높이는 로 구하고, 기상총괄이동단위수는 로 계산한다.
제거율 97%를 대입하면 이므로, 이다.
Weber-Fechner 법칙에서 취기강도는 농도의 대수(log)에 비례하므로, 농도를 같은 배율로 줄일 때마다 취기강도는 같은 값만큼 줄어든다. 계산 결과 2.0이다.
두 측정값으로 비례상수 k를 구한다.
4 ppm에서 0.04 ppm으로 낮추는 것은 농도를 1/100로 줄이는 것이므로
검산: 이고 으로 일치한다.
이 관계는 악취물질을 90% 제거해도 사람이 느끼는 취기는 한 단계 남짓만 낮아진다는 뜻으로, 악취 저감에는 매우 높은 제거율이 필요한 이유를 설명한다.
다이옥신은 자외선 광분해법으로 처리하므로, 적외선광분해법과 연결한 것이 옳지 않다.
다이옥신의 염소-탄소 결합을 끊으려면 파장이 짧아 에너지가 큰 자외선이 필요하고, 적외선은 분자를 진동시킬 뿐 결합을 끊을 만한 에너지를 주지 못한다.
- 일산화탄소는 촉매를 이용한 산화처리로 이산화탄소까지 산화시킨다.
- 시안화수소는 물에 잘 녹는 성질을 이용해 수세처리한다.
- 이황화탄소는 암모니아 주입법으로 처리한다.
표준산소농도로 보정한 농도는 로 구한다(는 표준산소농도, 는 실측산소농도).
실측산소가 표준보다 높다는 것은 공기가 더 섞여 희석된 상태에서 측정됐다는 뜻이므로, 보정농도는 실측값보다 커진다.
굴뚝연속자동측정기기의 상대정확도는 먼지·가스상물질 모두 주시험방법(또는 기기분석방법) 측정값의 20 % 이하이어야 하며, 측정값이 해당 배출허용기준의 50 % 이하인 경우에는 배출허용기준의 15 % 이하를 적용한다. "50 % 이하이면 적합하고 저농도에서는 적용하지 않는다"는 설명은 옳지 않다.
상대정확도는 굴뚝에서 측정기기로 구한 값이 주시험법으로 구한 값과 얼마나 일치하는지를 나타내는 지표로, 수치가 작을수록 잘 일치하는 것이다.
- 먼지 측정기기: 교정오차 10 % 이하, 응답시간 최대 2분(베타선흡수법 15분 이내), 재현성 최대눈금치의 2 % 이하.
- 가스상물질 측정기기: 교정오차 5 % 이하, 응답시간 최대 5분(이온전극법 10분 이내), 재현성 최대눈금치의 2 % 이하, 편향시험 5 % 이하.
- 측정범위는 배출허용기준의 2~10배(배출가스 농도가 기준의 2배를 초과하면 5~10배) 이내, 유속은 최대유속의 1.2~1.5배 범위에서 설정한다.
스테인리스관은 금속이온 분리에 부적당하므로, 효과적이라는 설명이 가장 거리가 멀다.
스테인리스 표면에서 금속성분이 용출되거나 시료의 금속이온이 흡착되어 분리와 정량을 방해하기 때문에, 분리관은 에폭시수지관이나 유리관처럼 금속이 노출되지 않는 재질을 쓴다.
참고로 이온교환체는 구조에 따라 표층피복형, 표층박막형, 전다공성 미립자형으로 나뉘고, 양이온 교환체는 술폰산기를 표면에 가진다.
시험조작 중 "즉시"란 ( ㉠ ) 이내에 표시된 조작을 하는 것을 뜻하며, "항량이 될 때까지 건조한다"라 함은 따로 규정이 없는 한 보통의 건조방법으로 1시간 더 건조할 때 전후 무게의 차가 매 g당 ( ㉡ ) 이하일 때를 뜻한다. 또 "약"이란 그 무게 또는 부피 등에 대하여 ( ㉢ ) 이상의 차가 있어서는 안 된다.
총칙의 정의에 따라 "즉시"는 30초 이내, "항량"은 1시간 더 건조·강열할 때 전후 무게의 차가 매 g당 0.3 mg 이하, "약"은 ±10 % 이상의 차가 없어야 함을 뜻한다.
함께 묶어 기억할 관련 용어는 다음과 같다.
- "정확히 단다"는 분석용 저울로 0.1 mg까지 다는 것이고, "정확히 취한다"는 홀피펫·부피플라스크 등으로 취하는 것을 뜻한다.
- "감압 또는 진공"은 따로 규정이 없는 한 15 mmHg 이하를 뜻한다.
- "방울수"는 20 ℃에서 정제수 20방울을 떨어뜨릴 때 그 부피가 약 1 mL 되는 것을 뜻한다.
아황산가스 연속측정법에 들어가지 않는 것은 광전도전위법이다.
굴뚝 배출가스 중 아황산가스의 자동측정법으로 규정된 것은 전해질 용액의 전도도 변화를 이용하는 용액전도율법과, 특정 파장의 빛 흡수량으로 농도를 구하는 적외선흡수법·자외선흡수법이다.
반면 빛의 세기 변화를 전기저항(광전도)으로 바꾸어 읽는 방식은 이러한 표준 측정법에 포함되지 않는다.
반경 1.4 m이면 굴뚝직경은 2.8 m로 "2 m 초과 4 m 이하" 구간에 해당하므로 반경구분수 3, 측정점수 12이다.
원형 단면은 서로 직교하는 두 직경선 위에 측정점을 잡으므로 측정점수는 반경구분수의 4배(3×4 = 12)가 된다.
측정점 위치는 굴뚝 중심에서 0.408R, 0.707R, 0.913R 지점이며, R = 1.4 m를 넣으면 약 0.57 m, 0.99 m, 1.28 m이다.
- 직경 1 m 이하: 반경구분수 1·측정점 4, 1 초과 2 이하: 2·8, 2 초과 4 이하: 3·12, 4 초과 4.5 이하: 4·16, 4.5 초과: 5·20점까지로 한다.
- 굴뚝 단면적이 0.25 m² 이하로 소규모이면 단면 중심 1점만 측정하고, 유속분포가 대칭이면 수평굴뚝은 1/2, 수직굴뚝은 1/4로 측정점수를 줄일 수 있다.
배출가스 중 수분량은 약 10%이다.
먼저 흡수된 물 0.82g을 기체 부피로 바꾸면 이고, 흡인한 가스 10L를 같은 표준상태로 환산하면 이다.
수분은 습가스 전체에 대한 비율이므로 가 된다.
시료채취병의 참부피는 0℃ 기준으로 미리 구해 두므로, 20℃ 때의 참부피를 구해 둔다는 설명이 가장 거리가 멀다.
채취한 가스량은 표준상태(0℃, 760mmHg)로 환산해 나타내야 하므로, 용기의 부피도 같은 기준 온도에서 정해 두어야 계산이 일관된다.
나머지 설명은 옳다. 습식 가스미터는 운반할 때 반드시 물을 빼고, 가스미터는 100mmH2O 이내에서 사용하며, 정밀도 유지를 위해 기차를 미리 측정해 둔다.
규격이 옳게 짝지어진 것은 브롬화수소산(HBr), 47.0~49.0%, 비중 약 1.48이다.
나머지는 화학식이나 수치가 기준과 맞지 않는다.
- 과염소산의 화학식은 H2ClO3가 아니라 HClO4이다.
- 암모니아수는 물보다 가벼워 비중이 1보다 작으며, 농도 규격도 제시된 값보다 낮다.
- 요오드화수소산은 무거운 요오드를 포함해 비중이 1.25보다 훨씬 크고 농도 규격도 다르다.
변곡점 접선이 자르는 바탕선의 길이는 5mm이다.
이론단수는 로 정의되므로, 먼저 보유시간을 기록지 위의 길이로 바꾸면 이다.
따라서 가 된다.
이 용액의 농도는 0.625N이다.
수산화나트륨은 1가 염기여서 당량이 분자량 40과 같으므로, 당량수는 이다.
노르말 농도는 용액 1L당 당량수이므로 이 된다.
시료중의 질소산화물 농도가 0.5~10ppm 수준인 것의 분석에 적당하다는 설명이 틀렸다.
굴뚝 배출가스의 질소산화물은 보통 이보다 훨씬 높은 수십~수백 ppm 수준으로 배출되므로, 이 방법이 그처럼 낮은 농도 시료 전용이라는 설명은 실제 적용 범위와 맞지 않는다.
나머지 설명은 옳다. 질소산화물을 황산과 과산화수소수의 산화흡수제로 흡수시켜 질산이온으로 만든 뒤 페놀디슬폰산과 반응시킨 착색액의 흡광도로 정량하며, 할로겐화합물은 부의 오차를, 무기질산염과 아질산염은 정의 오차를 준다는 점도 맞다.
병합굴뚝에서 배출허용기준이 서로 다른 경우에는 오염물질이 합쳐지기 전 각각의 지점에 측정기기 및 유량계를 설치하여야 한다. 합쳐진 뒤에는 어느 시설이 자기 배출허용기준을 지켰는지 판정할 수 없기 때문이다.
반대로 배출허용기준이 같은 병합굴뚝은 합쳐진 후의 지점 또는 합쳐지기 전 지점에 설치할 수 있고, 하나의 배출가스가 여러 굴뚝으로 나뉘는 분산굴뚝은 나뉘기 전 굴뚝에 설치하거나 나뉜 각각의 굴뚝에 설치한다.
불가피하게 외부공기가 유입되는 경우에는 희석되기 전 농도를 재도록 외부공기 유입 전에 측정기기를 설치한다.
- 합쳐진 후 1대만 두거나 한쪽 시설에만 두는 방식은 시설별 배출허용기준 준수 여부를 확인할 수 없어 인정되지 않는다.
- 유량계만 합쳐진 후에 두면 시설별 배출량(농도 × 유량)을 산정할 수 없다.
담벨형과 압력검출형은 자기력방식에 속하므로, 자기풍방식의 종류라고 한 설명이 옳지 않다.
자기식 산소분석계는 자기풍방식과 자기력방식으로 나뉘는데, 자기풍방식은 자기장에 끌린 산소가 가열되며 만드는 흐름을 이용하고 자기력방식은 자기장 속 시료에 작용하는 힘을 담벨이나 압력차로 검출한다.
나머지 설명은 옳다. 자동측정기는 자기식과 전기화학식으로 나뉘고 전기화학식에는 질코니아방식과 전극방식이 있으며, 자기식은 체적자화율이 큰 방해가스의 영향을 무시할 수 있을 때 적용한다.
환경대기 중 휘발성유기화합물 시험방법에 자동연속용매추출분석법은 규정되어 있지 않다.
규정된 방법은 고체흡착관에 포집한 뒤 열탈착하거나 용매로 추출해 분석하는 방식과, 현장에서 연속적으로 열탈착해 분석하는 자동연속 방식이다.
용매추출은 시료를 실험실에서 따로 처리해야 해 연속 자동화가 어렵기 때문에, 자동연속 방식과 결합된 형태로는 존재하지 않는다.
배출가스의 평균유속은 약 4.9m/s이다.
피토우관 유속식은 이며, 여기서 동압 h는 mmH2O, 밀도는 kg/m³ 단위로 넣는다.
값을 대입하면 이다.
피토관 유속식 에서 는 측정 온도에서의 배출가스 비중량이므로 먼저 온도 보정을 한다.
을 대입하면
유리제 흡수셀은 가시부와 근적외부 측정에 쓰이므로, 자외부 파장범위에 사용한다는 설명이 틀렸다.
유리는 자외선을 흡수해 버리기 때문에 자외부 측정에는 석영제 흡수셀을 써야 한다.
나머지 설명은 옳다. 가시부 광원으로는 텅스텐 램프를, 자외부 광원으로는 중수소 방전관을 쓰고, 흡광도 눈금 보정에는 중크롬산칼륨 용액을 사용한다.
반복성은 같은 시료를 짧은 시간 간격으로 연속 측정했을 때 측정치가 일치하는 정도이므로, 다른 측정대상을 장시간에 걸쳐 반복 측정한다는 정의는 옳지 않다.
측정 대상이 달라지거나 시간 간격이 길어지면 시료 차이와 기기의 표류가 섞여 들어가, 단기 재현성을 나타내려는 반복성의 취지와 맞지 않기 때문이다.
나머지 용어는 옳게 정의되어 있다. 비분산은 프리즘이나 회절격자로 빛을 분산시키지 않는 것이고, 비교가스는 적외선을 흡수하지 않는 대조용 가스이다.
원자흡수분광광도법의 시료 도입부는 시료용액을 미세한 안개로 바꾸어 불꽃에 보내는 분무기(nebulizer)와 챔버로 구성되므로, Nebulizer-Chamber가 이 법에 쓰이는 장치다.
Stationary Liquid(고정상 액체), Detector Oven, Electron Capture Detector는 모두 기체크로마토그래피의 구성요소다.