17년 2회차

BOD는 시료를 호기성 조건에서 배양하며 소모된 용존산소량을 재는 지표이므로, 혐기성 조건에서 배양한다는 설명이 적절하지 않다.

BOD 시험은 20℃ 암소에서 5일간 배양하며 호기성 미생물이 유기물을 분해할 때 쓰는 산소를 배양 전후 DO 차로 구한다.

• 유기물량을 나타내는 대표 지표라는 설명: 생물분해 가능한 유기물 농도를 간접 표시하는 대표 항목이므로 옳다.
• 질산화 억제제 첨가 설명: 탄소계 분해 후 질소계 BOD(질산화)가 산소를 소모하므로, 질소가 많은 시료는 억제제를 넣어 구분한다.
• 5일 60~70%, 20일 95~99% 분해 설명: 가정하수의 일반적인 BOD 진행 곡선과 맞는 설명이다.

「폐기물관리법 시행령」상 지정폐기물에 해당하는 것은 폐유기용제이다.

지정폐기물은 사업장폐기물 중 주변 환경을 오염시키거나 인체에 위해를 줄 수 있는 유해 폐기물로, 폐유·폐산·폐알칼리·폐유기용제·폐석면 등이 해당한다.

• 폐목재: 일반 사업장폐기물(재활용 대상)로 분류된다.
• 금속 조각: 고철류로 일반 사업장폐기물이며 유해성으로 지정되지 않는다.
• 동물의 분뇨: 가축분뇨법 등 별도 체계로 관리되며 지정폐기물이 아니다.

먼지 발생 시설은 밀폐·덮개 설치로 비산을 막아야 하므로, 분쇄기·저장 사일로를 개방해 희석한다는 설명이 옳지 않다.

비산먼지 저감의 원칙은 발생원 억제(밀폐·살수·피복)와 확산 차단(방진망·세륜)이며, 개방은 오히려 배출을 키운다.

• 세륜장치 설치와 인접 지역 녹지화: 차량 바퀴 흙과 바람에 의한 재비산을 줄이는 적절한 대책이다.
• 공사장 방진망 설치: 먼지의 확산을 차단해 인근 주민을 보호하는 대책이다.
• 야적물 표면 경화제·보습제 살포: 표면을 굳히거나 적셔 바람에 의한 비산을 억제한다.

pH가 낮을수록 HOCl, 높을수록 $\mathrm{OCl^-}$ 비율이 커지므로 설명이 반대로 되어 있다.

해리 평형 $\mathrm{HOCl \rightleftharpoons H^+ + OCl^-}$에서 산성일수록 평형이 왼쪽으로 이동해 HOCl이 우세해진다.

• HOCl과 $\mathrm{OCl^-}$ 형태의 염소를 유리염소라 한다는 설명: 정의대로 옳다.
• HOCl의 살균력이 $\mathrm{OCl^-}$보다 높다는 설명: 전하가 없어 세포막 투과가 쉬워 살균력이 훨씬 크다.
• HOCl과 암모니아가 결합해 클로라민이 생성된다는 설명: 결합잔류염소 생성 반응으로 옳다.

유입 BOD의 유량가중 평균은 500 mg/L이고 방류수가 50 mg/L이므로 제거율은 90%이다.

혼합 유입 BOD: $C = \dfrac{400 \times 1000 + 1000 \times 200}{1000 + 200}$
$= \dfrac{600000}{1200} = 500\ \mathrm{mg/L}$

제거율: $\eta = \dfrac{500 - 50}{500} \times 100 = 90\ \%$

슬러지 탈수액도 처리장으로 되돌아오는 반송 부하이므로 반드시 유입 부하에 합산해야 한다.

pH 10.25에서 암모니아 가스의 비율은 약 91%이다.

평형상수식을 정리하면 암모니아와 암모늄 이온의 농도비는 Ka를 수소이온 농도로 나눈 값이 된다.

$\dfrac{[\mathrm{NH_3}]}{[\mathrm{NH_4^+}]} = \dfrac{K_a}{[\mathrm{H^+}]} = \dfrac{10^{-9.25}}{10^{-10.25}} = 10$
$\mathrm{NH_3}(\%) = \dfrac{10}{1+10} \times 100 \approx 90.9$

• 81%는 농도비가 약 4에 해당해, pH가 pKa보다 1만큼 높을 때의 비(10배)보다 작다.
• 86%는 농도비가 약 6에 해당하는 값으로 역시 계산값보다 작다.
• 99%는 농도비가 약 100일 때, 즉 pH가 pKa보다 2만큼 높을 때의 값이다.

탈질 과정은 알칼리도를 생성하므로, 알칼리도가 소모된다는 설명이 옳지 않다.

알칼리도를 소모하는 것은 암모니아를 질산으로 산화하는 질산화이며, 탈질은 그 일부를 회복시킨다.

• 유기물이 필요하다는 설명: 탈질균은 종속영양 세균이라 메탄올 등 탄소원(전자공여체)이 필요하다.
• 무산소 환경이 필요하다는 설명: 용존산소가 없어야 질산이온을 전자수용체로 사용한다.
• 질산·아질산이온을 질소 가스로 바꾸는 공정이라는 설명: 탈질의 정의 그대로이다.

온난화지수는 $\mathrm{SF_6 \gt N_2O \gt CH_4 \gt CO_2}$ 순으로 크다.

GWP는 같은 질량의 $\mathrm{CO_2}$를 기준(1)으로 한 상대값이며, 불소계 기체인 $\mathrm{SF_6}$가 압도적으로 크고 $\mathrm{N_2O}$가 $\mathrm{CH_4}$보다 크다. 기준 물질인 $\mathrm{CO_2}$가 가장 작다.

• $\mathrm{CH_4 \gt CO_2 \gt SF_6 \gt N_2O}$ 배열: 기준값인 $\mathrm{CO_2}$를 $\mathrm{SF_6}$·$\mathrm{N_2O}$보다 앞에 두어 틀렸다.
• $\mathrm{N_2O \gt SF_6 \gt CO_2 \gt CH_4}$ 배열: $\mathrm{SF_6}$가 $\mathrm{N_2O}$보다 크고, $\mathrm{CH_4}$가 $\mathrm{CO_2}$보다 크므로 틀렸다.
• $\mathrm{CH_4 \gt N_2O \gt SF_6 \gt CO_2}$ 배열: $\mathrm{SF_6}$가 가장 크고 $\mathrm{N_2O}$가 $\mathrm{CH_4}$보다 크므로 틀렸다.

열배출 항을 무시한 Holland식으로 풀면 굴뚝 직경은 2.0 m이다.

Holland식(열 항 무시): $\Delta h = \dfrac{1.5\, V_s D}{U}$

풍속 환산: $U = \dfrac{180}{60} = 3\ \mathrm{m/s}$
대입: $10 = \dfrac{1.5 \times 10 \times D}{3} = 5D$
결과: $D = 2.0\ \mathrm{m}$

풍속 단위를 m/s로 맞추는 것이 핵심이며, 분 단위 그대로 넣으면 값이 크게 틀어진다.

광화학스모그는 일사가 강한 여름철 낮(정오 전후)에 주로 발생하므로, 저녁 시간에 발생한다는 설명이 옳지 않다.

자동차 배기의 NOx와 탄화수소가 강한 자외선을 받아 오존·PAN·알데히드 등 2차 오염물질을 만드는 반응이라 햇빛이 필수이다.

• 로스앤젤레스형 스모그라는 설명: 런던형(환원형)과 대비되는 산화형 스모그로 옳다.
• 알데히드가 성분이라는 설명: 광화학 반응의 2차 생성물로 옳다.
• $\mathrm{NO_2}$가 오존을 생성한다는 설명: $\mathrm{NO_2}$가 광분해되어 생긴 원자 산소가 $\mathrm{O_2}$와 결합해 오존을 만든다.

다이옥신은 화학적으로 매우 안정하여 잘 분해되지 않으므로, 불안정하다는 설명이 옳지 않다.

다이옥신은 난분해성·지용성이라 환경과 생체 지방에 축적되며, 이 안정성 때문에 잔류성 유기오염물질로 관리된다.

• DDT 설명: 살충제로 쓰였고 조류 알껍질을 얇게 하는 등 번식을 방해한 대표 물질이다.
• DES 설명: 합성 에스트로겐으로 천연 호르몬보다 강한 반응을 유발한다.
• 비스페놀 A 설명: 폴리카보네이트·캔 내부 에폭시 코팅에서 용출될 수 있다.

토양매몰은 오염토를 묻어 두는 것일 뿐 오염물질을 제거·분해하지 않으므로 정화 공정이 아니다.

토양 정화 공정은 오염물질을 분리·분해하거나 이동성을 낮추는 기술이다.

• 토양세척: 세척액으로 토양 입자의 오염물질을 분리·제거한다.
• 고형화/안정화: 고화제로 오염물질을 가두어 용출과 이동성을 낮춘다.
• 열탈착: 토양을 가열해 유기오염물질을 휘발시켜 분리한다.

콩과식물과 뿌리혹박테리아는 서로 이익을 주고받는 상리공생의 예이므로, 편리공생이라는 설명이 옳지 않다.

뿌리혹박테리아는 질소를 고정해 식물에 공급하고, 식물은 탄수화물과 서식처를 제공한다. 편리공생은 한쪽만 이익이고 다른 쪽은 이익도 손해도 없는 관계이다.

• 상리공생의 정의: 서로 협력해 양쪽 모두 이익을 얻는 관계로 옳다.
• 기생의 정의: 한쪽은 이익, 다른 쪽은 피해를 입는 관계로 옳다.
• 경쟁의 정의: 빛·먹이·서식지 등 한정된 자원을 다투는 관계로 옳다.

건조 전후 고형물 질량은 변하지 않으므로 건조 후 폐기물은 0.4 kg이다.

고형물량: $1 \times (1 - 0.8) = 0.2\ \mathrm{kg}$

건조 후 질량: $W = \dfrac{0.2}{1 - 0.5} = 0.4\ \mathrm{kg}$

음압레벨은 $SPL = 20\log_{10}\left(\dfrac{P}{P_0}\right)\ \mathrm{dB}$로 계산한다.

음의 세기는 음압의 제곱에 비례하므로 세기레벨의 10log에 제곱이 들어가 20log가 되고, 대상 음압을 기준 음압으로 나눈 비를 쓴다.

• $10\log_{10}(P_0/P)$는 계수가 10이고 분자·분모도 뒤바뀌어 있다.
• $20\log_{10}(P_0/P)$는 분자·분모가 뒤바뀌어 대상 음압이 클수록 레벨이 작아지는 식이다.
• $20\log_{10}(P/P_0)^2$는 이미 20을 곱한 데에 제곱을 한 번 더 적용해 레벨이 두 배로 과대 산정된다.

총부유고형물에서 휘발성 부분을 빼면 FSS는 39%이다.

총부유고형물: $TSS = TS - TDS = 70 - 18 = 52\ \%$

고정성 부유고형물: $FSS = TSS - VSS = 52 - 13 = 39\ \%$

검산: 고정성 용존고형물은 $49 - 39 = 10\ \%$로 TDS(18%)보다 작아 자료와 모순이 없다.

음압레벨은 에너지로 환산해 더해야 하므로 합성 레벨은 약 70.4 dB이다.

합성식: $L = 10 \log \left(10^{6} + 10^{7}\right)$

대입: $L = 10 \log \left(11 \times 10^{6}\right) = 10 \times 7.04 = 70.4\ \mathrm{dB}$

dB 값을 산술적으로 더하면 안 되며, 10 dB 차이가 나면 큰 쪽에 약 0.4 dB만 더해진다.

칼슘과 마그네슘 농도를 같은 값 C로 두고 $\mathrm{CaCO_3}$ 당량으로 환산하면 칼슘은 약 10 mg/L이다.

당량 환산: Ca의 당량 20, Mg의 당량 12, $\mathrm{CaCO_3}$의 당량 50
$66 = C \times \dfrac{50}{20} + C \times \dfrac{50}{12}$

정리: $66 = 2.5C + 4.17C = 6.67C$
결과: $C \approx 9.9 \approx 10\ \mathrm{mg/L}$

경도 계산은 반드시 2가 이온의 당량(원자량÷2)으로 환산해야 한다.

잎사귀·옥수숫대·볏짚·종이는 C/N비가 높은 재료이며 퇴비화가 진행되면 C/N비가 낮아지므로 설명이 옳지 않다.

퇴비화 중 탄소는 $\mathrm{CO_2}$로 방출되고 질소는 상대적으로 남아 C/N비가 감소하며, 이 값의 감소가 부숙도의 지표가 된다.

• 분쇄 필요성 설명: 입자를 적당히 줄이면 표면적이 늘어 미생물 분해가 빨라진다.
• 호기성 퇴비화 설명: 혐기성보다 반응이 빨라 생산 기간이 짧다.
• 공기 주입·혼합·온도 조절·수분 설명: 호기성 미생물 활동의 필수 조건으로 옳다.

산성토양에서는 $\mathrm{Al^{3+}}$이 오히려 활성화되어 인산과 결합하므로, 활성화가 저하되고 인산과 결합하지 않는다는 설명이 옳지 않다.

pH가 낮아지면 알루미늄이 녹아 나와 인산과 난용성 인산알루미늄을 만들고, 이로 인해 작물이 이용할 수 있는 인산이 부족해진다.

• 알루미늄·망간 이온 용해 설명: 산성화로 용출되어 작물에 독성을 나타낸다.
• 미생물 활동 저하 설명: 산성 조건에서 유용 미생물 활동이 줄어 토양이 노후화된다.
• 칼슘 이온 유출 설명: 수소 이온과 교환되어 용탈되므로 칼슘 결핍이 생긴다.