[환경기능사 필기] 07년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

과잉공기비 m이 커지면 연소용 공기가 많아져 연소가스가 희석·냉각되므로 연소실 온도는 낮아지고, 불필요한 배기가스량 증가로 열손실도 커진다.
공기량이 늘면 산소가 충분해져 완전연소에 가까워지므로 CO 농도는 오히려 낮아진다. CO 농도가 높아진다는 설명이 실제 경향과 반대다.
다만 과잉 산소는 고온 연소구간에서 질소산화물 생성을 늘리는 요인이 된다.

먼지의 종말침강속도는 스토크스 법칙에 따라 $V_t = \dfrac{(\rho_p-\rho_g)\,g\,d^2}{18\mu}$로 표현된다.
이 식에서 침강속도는 먼지와 가스의 비중차에 비례하며, 입경의 제곱과 중력가속도에 비례하고 가스 점도에는 반비례한다. 비중차에 반비례한다는 설명이 식의 관계와 반대다.

집진효율 $\eta = \dfrac{C_{in}-C_{out}}{C_{in}}$이므로 출구농도는 $C_{out} = C_{in}(1-\eta)$로 구한다.
$C_{out} = 10.5\ \mathrm{g/Nm^3} \times (1-0.99) = 0.105\ \mathrm{g/Nm^3} = 105\ \mathrm{mg/Nm^3}$이다.

휘발유·디젤 차량의 주요 배출물질은 일산화탄소(CO)·질소산화물(NOx)과, 유연휘발유 사용 시의 납(Pb)이다.
구리(Cu)는 자동차 배출가스의 주요 성분으로 보기 어려운 물질이다.

후드는 발생원에 가깝게 설치하고 국부적으로 흡인해야 적은 풍량으로도 충분한 포착속도를 얻을 수 있다.
후드의 개구면적은 가능한 작게 하는 것이 흡인 효율에 유리하며, 개구면적을 크게 한다는 설명은 일반적인 흡인 요령과 반대다.

연료가 불완전연소할 때는 산소 공급이 부족해 탄소가 완전히 산화되지 못하고 일산화탄소(CO)가 주로 발생한다.
SO2·NO2·H2O는 각각 황·질소 성분의 연소 및 완전연소 생성물로, 불완전연소의 대표 지표로 보지 않는다.

원심력집진장치의 블로다운(blow down)은 하부에 쌓인 먼지층 일부를 강제로 배출시켜 재비산을 억제하는 장치로, 오히려 집진효율을 높이는 데 쓰인다.
배기관경이 작을수록 선회 반경이 줄어 미세입자 포집이 유리해지고, 입구유속이 빠를수록 효율은 높아지지만 압력손실도 함께 커지며, 더스트박스의 모양·크기도 효율에 영향을 준다는 설명은 타당하다.

물리적 흡착은 발열반응이므로 온도를 낮출수록 흡착평형이 흡착 쪽으로 이동해 효율이 높아진다.
접촉시간을 줄이면 오염물질과 흡착제의 접촉 기회가 줄어 효율이 떨어진다.
압력을 감소시키면 기체 분자의 흡착제 표면 도달이 줄어 효율이 낮아진다.
흡착제의 표면적을 줄이면 흡착 가능한 자리가 줄어 효율이 낮아진다.

충진탑은 충전물 사이의 좁은 유로 때문에 온도변화가 크면 열팽창·수축으로 채널링이나 충전재 파손이 발생하기 쉬워, 온도변화가 큰 곳에는 오히려 적응성이 낮다.
스프레이탑은 구조가 간단하고 압력손실이 작으며, 사이클론스크러버는 대용량 가스처리에 적합하고, 다공판탑은 포종탑보다 많은 가스량을 처리할 수 있다는 설명은 타당하다.

황화수소의 연소 반응식은 $\mathrm{H_2S + \dfrac{3}{2}O_2 \rightarrow SO_2 + H_2O}$로, H2S 1Sm3당 산소 1.5Sm3가 필요하다.
$2\ \mathrm{Sm^3} \times 1.5 = 3\ \mathrm{Sm^3}$이므로 이론산소량은 3Sm3이다.

헨리법칙은 기체의 액체에 대한 용해도가 그 기체의 분압에 비례한다는 법칙으로, 이를 이용해 오염가스를 액상 흡수액에 녹여 제거하는 방법이 흡수다.
흡착은 고체 표면에 물질이 부착되는 현상을, 연소는 산화반응을, 집진은 입자상 물질 포집을 이용하는 방법으로 헨리법칙과는 직접 관련이 없다.

고체·액체연료의 이론산소량은 $O_0 = 1.867\,C + 5.6\,H + 0.7\,S\ (\mathrm{Sm^3/kg})$로 구하고, 이론공기량은 $A_0 = O_0/0.21$이다.
연료 1kg 기준 $O_0 = 1.867(0.87) + 5.6(0.10) + 0.7(0.03) \approx 2.205\ \mathrm{Sm^3}$, $A_0 = 2.205/0.21 \approx 10.5\ \mathrm{Sm^3}$이다.
중유 2kg이므로 이론공기량은 $10.5 \times 2 = 21\ \mathrm{Sm^3}$이다.

1기압은 $760\ \mathrm{mmHg} = 1013\ \mathrm{mbar} \approx 1.013 \times 10^5\ \mathrm{N/m^2}$로 서로 같은 크기의 압력이다.
단위가 $\mathrm{N/m^2}$인 값이 1.013에 그친다면 이는 실제 1기압(약 101,300N/m2)보다 훨씬 작은 값이므로 다른 셋과 크기가 다르다.

벤츄리형 세정기는 처리가스 온도가 높아지면 가스 밀도가 낮아지고 세정액 증발이 늘어 집진효율이 오히려 떨어지므로, 가스 온도를 낮게 유지·관리하는 것이 바람직하다.
먼지의 성상·농도에 따라 액가스비를 정하고, 목부는 유속이 커서 마모가 잦으므로 수시 점검·교환하며, 기액분리기는 시설이 정지한 뒤에도 잠시 공회전시켜 부착된 먼지와 그로 인한 산성 세정수를 제거해야 한다는 설명은 타당하다.

SVI(슬러지 용적지표)는 값이 낮을수록 슬러지의 침강성이 좋다는 의미이며, 일반적으로 50~150 범위일 때 침전성이 양호한 것으로 본다.
SVI가 200을 넘어 수백~수천에 이르면 슬러지 팽화(벌킹)로 침강성이 나쁜 상태를 뜻한다.

침전지나 농축조에 설치하는 스크레이퍼는 바닥에 가라앉은 슬러지를 서서히 긁어 호퍼 쪽으로 끌어 모으기 위한 장치다.

체류시간과 유량으로 필요 용적을 구한 뒤, 폭·수심으로 나누면 수로의 유효길이를 얻을 수 있다.
$Q = 2000\ \mathrm{m^3/day} = 1.389\ \mathrm{m^3/min}$, 체류시간 15분이므로 $V = 1.389 \times 15 \approx 20.8\ \mathrm{m^3}$이다.
$L = \dfrac{V}{B \times H} = \dfrac{20.8}{1.0 \times 0.8} \approx 26\ \mathrm{m}$이다.

표준활성슬러지법 포기조의 용존산소는 일반적으로 1~2mg/L 내외로 유지하며, 이보다 지나치게 높은 7~9mg/L은 과도한 폭기로 에너지 낭비와 플록 파괴를 일으킬 수 있어 통상적인 운영범위를 벗어난다.
SV 20~30%, MLSS 3,000mg/L, pH 6~8은 표준활성슬러지법의 전형적인 운영범위에 해당한다.

웨어(위어)는 개수로에서 수위와 월류량의 관계를 이용해 유량을 측정하기 위한 구조물이다.

pH·SS·DO는 각각 산성/알칼리성 정도, 부유물질량, 용존산소량을 나타내는 지표로 옳게 설명되어 있다.
COD는 화학적 산화제로 산화 가능한 유기물량을 나타내는 화학적 산소요구량이며, 미생물 분해로 소모되는 산소량을 뜻하는 생화학적 산소요구량은 BOD에 해당한다.

용존산소가 충분한 호기성 조건에서 단백질은 아미노산으로 가수분해된 뒤, 암모니아화($\mathrm{NH_4^+}$)를 거쳐 아질산($\mathrm{NO_2^-}$)과 질산($\mathrm{NO_3^-}$)으로 산화되는 질산화 과정을 밟는다.
즉 분해 순서는 아미노산 → 암모늄이온 → 아질산이온 → 질산이온이다.

공정시험법의 $(A+B)$ 표기는 앞의 숫자만큼 시약을, 뒤의 숫자만큼 물을 부피비로 취해 혼합한다는 뜻이다.
따라서 황산(1+2)은 황산 1mL와 물 2mL를 혼합한 용액을 의미한다.

유량과 농도의 곱으로 하루 유입되는 SS 총량을 구한 뒤 침전율을 곱하면 침전량이 된다.
$10{,}000\ \mathrm{m^3/day} \times 100\ \mathrm{mg/L} = 1{,}000\ \mathrm{kg/day}$가 하루 유입 SS량이다.
이 중 10%가 침전되므로 $1{,}000 \times 0.10 = 100\ \mathrm{kg/day}$가 침전된다.

BOD 시험은 배양 전 용존산소량의 40~70%가 소비되는 희석배율의 값을 채택해야 신뢰할 수 있으며, 80% 이상 소비된 것을 채택한다는 설명은 적정 범위를 벗어난다.
BOD가 높은 시료는 희석해 시험하고, 미생물이 부족한 시료는 하천수 등으로 식종하며, DO가 과포화된 시료는 수온을 23~25℃로 높여 통기한 뒤 20℃로 방냉한다는 설명은 타당하다.

해수는 강전해질로, 염소이온 농도는 약 19,000ppm 내외에 이를 만큼 높은 편이다.
해수를 약전해질로 설명하면서 염소이온 농도를 10000ppm 수준으로 낮게 제시한 설명은 실제 해수의 조성과 맞지 않는다.
해수가 지구 수자원의 97% 이상을 차지하지만 활용이 제한적이라는 점, pH가 약 8.2의 약알칼리성이라는 점, 주요 성분비가 해역에 관계없이 거의 일정하다는 점은 타당한 설명이다.

SVI와 SDI는 서로 곱하면 100이 되는 관계이므로 $\mathrm{SVI} = \dfrac{100}{\mathrm{SDI}}$ 가 성립한다.
SDI(Sludge Density Index)는 슬러지의 침강·농축 정도를 나타내는 지표로 $\mathrm{SDI} = \dfrac{100}{\mathrm{SVI}}$ 로 정의된다. 양변을 정리하면 $\mathrm{SVI} \times \mathrm{SDI} = 100$, 즉 $\mathrm{SVI} = \dfrac{100}{\mathrm{SDI}}$ 가 된다.

스크린의 통과유속은 1m/sec 이하로 낮게 관리하므로, 통과유속을 2m/sec 이하로 한다는 설명은 옳지 않다.
스크리닝은 유입수 중 협잡물을 제거해 후속 공정을 보호하기 위한 예비처리이며 침사지 전방에 설치하는 것이 일반적이다. 통과유속이 지나치게 빠르면 협잡물이 스크린을 통과해버리므로 낮게 유지해야 하고, 반대로 접근유속은 사석이 스크린 앞에서 퇴적되지 않도록 0.45m/sec 이상으로 확보한다.

부상법은 비중이 물보다 작은 고형물을 물 위로 띄워 분리하는 처리법이므로, 비중이 물보다 낮은 고형물이 많은 폐수에 가장 적합하다.
기름·유지 성분처럼 밀도가 낮아 자연 침강이 어려운 물질은 공기방울을 부착시켜 부상시키는 방식으로 효율적으로 제거할 수 있다.
용존유기물 농도가 높은 경우는 생물학적 처리가 더 적합하다.
수온이 높다는 사실만으로는 부상법 적용의 근거가 되지 않는다.
독성물질 함유 여부는 고액분리 방식 선택과 직접 관련이 없다.

산화지의 얕은 수심 구간에서 호기성 세균에 산소를 공급하는 주체는 조류의 광합성 작용이며, 균류가 산소공급원이라는 설명은 옳지 않다.
산화지법은 수심이 얕을 때 낮 동안 조류가 광합성으로 산소를 발생시켜 세균이 이를 이용해 유기물을 분해하는 공생 관계로 작동한다. 회전원판법은 미생물이 원판 표면에 부착 성장하므로 슬러지 반송이 불필요하고, 접촉산화법은 포기조 내 접촉여재에 생물막을 형성시켜 처리하며, 살수여상법은 연못화로 인한 악취·파리 번식이 대표적 문제점으로 지적된다.

슬러지 팽화(벌킹)는 활성슬러지법에서 발생하는 문제이며, 살수여상법의 유지관리 주의사항과는 거리가 멀다.
살수여상법에서는 여재 표면의 생물막이 탈락해 유출수 수질을 악화시키거나, 여상이 막혀 통기가 불량해지는 현상, 그리고 파리 등 해충 발생이 주요 관리 대상이다. 반면 슬러지 팽화는 사상성 미생물의 과다 증식으로 침전성이 나빠지는 부유성장식 공정 특유의 문제다.

전기투석법은 이온교환막을 이용해 이온성 물질을 분리하는 방법으로, 고체와 액체를 분리하는 조작이 아니다.
부상분리법·스크리닝·원심분리법은 모두 밀도차나 크기차를 이용해 고형물을 물에서 물리적으로 분리해내는 대표적인 고액분리 공정이다. 반면 전기투석은 담수화나 염류 제거처럼 용해된 이온을 막을 통해 이동시키는 분리막 공정으로 원리 자체가 다르다.

전자를 받아들이는 현상은 산화가 아니라 환원의 정의이므로 옳지 않은 설명이다.
산화는 반대로 전자를 잃는 현상이며, 이에 따라 산화수가 증가하고, 산소와 결합하거나 수소화합물에서 수소를 잃는 반응도 모두 산화에 해당한다.

$\mathrm{pH} = 2$ 이다.
HCl은 강산으로 100% 이온화하므로 $[\mathrm{H^+}] = 0.01\,\mathrm{N} = 10^{-2}\,\mathrm{mol/L}$ 이 된다.
따라서 $\mathrm{pH} = -\log(10^{-2}) = 2$ 로 계산된다.

박테리아 1kg을 완전 산화시키는 데 필요한 산소량은 약 1.42kg이다.
박테리아 경험식 $\mathrm{C_5H_7O_2N}$ 의 완전산화 반응식은 다음과 같이 균형을 맞출 수 있다.
$\mathrm{C_5H_7O_2N} + 5\mathrm{O_2} \rightarrow 5\mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O} + \mathrm{NH_3}$
박테리아의 분자량은 $113\,\mathrm{g/mol}$, 필요한 산소는 $5\mathrm{O_2} = 160\,\mathrm{g}$ 이므로 필요 산소량은 $\dfrac{160}{113} \approx 1.42\,\mathrm{kg/kg}$ 이다.

도시폐기물 관리 전체 비용 중 가장 큰 비중을 차지하는 요소는 수집이다.
폐기물 관리는 발생·저장·수집·운반·중간처리·최종처분의 단계로 이루어지는데, 이 중 수거 인력과 차량 운행에 소요되는 수집 단계가 전체 관리 비용의 절반 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다.

$\mathrm{MHT} = 2.4$ 이다.
연간 총 작업시간은 $3000\text{명} \times 8\,\mathrm{hr/day} \times 300\,\mathrm{day} = 7{,}200{,}000\,\mathrm{man{\cdot}hr}$ 이다.
$\mathrm{MHT} = \dfrac{7{,}200{,}000\,\mathrm{man{\cdot}hr}}{3{,}000{,}000\,\mathrm{ton}} = 2.4\,\mathrm{man{\cdot}hr/ton}$

$1800\,\mathrm{m^3}$ 이다.
고형물의 부피는 함수율이 변해도 보존되므로 $V_1(1-P_1) = V_2(1-P_2)$ 관계를 이용한다.
$3600 \times (1-0.97) = V_2 \times (1-0.94)$
$3600 \times 0.03 = V_2 \times 0.06 \;\Rightarrow\; V_2 = 1800\,\mathrm{m^3}$

$2.1$ 이다.
압축비는 압축 전후의 부피 비이며, 질량이 일정할 때 부피는 밀도에 반비례하므로 밀도비로 계산할 수 있다.
$\mathrm{CR} = \dfrac{V_1}{V_2} = \dfrac{\rho_2}{\rho_1} = \dfrac{0.85}{0.4} = 2.125 \approx 2.1$

쓰레기 수거노선은 가능한 한 시계 방향으로 설정하는 것이 원칙이므로, 시계 반대방향으로 정한다는 설명은 유의사항과 거리가 멀다.
간선도로 부근에서 시작·종료하고, 언덕길은 위에서 아래로 내려가며 수거하고, 발생량이 많은 지점을 하루 중 가장 먼저 수거하는 것은 모두 실제 수거노선 설정 시의 표준 원칙에 해당한다. 이 밖에 U자형 회전을 피하도록 노선을 잡는 것도 함께 권장된다.

$62\%$ 이다.
가중평균으로 계산하면 $\mathrm{함수율} = \dfrac{7 \times 50 + 3 \times 90}{10} = \dfrac{350+270}{10} = 62\%$ 이다.

폐기물 처리기술의 3대 기본원칙은 감량화·안정화·무해화이며, 파쇄화는 이에 포함되지 않는다.
파쇄는 부피 감소나 후속 처리 효율을 높이기 위한 전처리 공정의 하나일 뿐, 폐기물 관리의 기본 원칙으로 분류되지는 않는다.

Dulong 공식은 슬러지를 구성하는 탄소·수소·산소·황 등의 원소 비율로부터 발열량을 추정하는 방법이므로, 원소분석법에 해당한다.
근사치분석법(공업분석)은 수분·휘발분·고정탄소·회분 함량으로 추정하는 방식이고, 열량계법은 봄베열량계로 직접 측정하는 방식이어서 Dulong 공식과는 구분된다.

펌프식은 소각로의 형식으로 분류되지 않는다.
화격자식·유동상식·회전로식(로터리 킬른)은 모두 실제 사용되는 소각로 형식이지만, 펌프는 유체 이송 장치일 뿐 연소 방식과 무관하다.

정상상태의 혐기성 매립지에서 가장 많이 발생하는 가스는 메탄이다.
매립 초기에는 호기성 분해로 이산화탄소가 우세하지만, 산소가 소진되고 혐기성 분해가 정상상태에 이르면 메탄생성균에 의해 메탄이 전체 매립가스의 절반 이상을 차지하게 된다.

명반 등 응집제를 첨가하는 것은 독립적인 슬러지 농축 방법으로 분류되지 않는다.
슬러지 농축은 중력식, 부상식(용존공기부상), 원심분리식이 표준적인 방법으로 꼽히며, 응집제 첨가는 다른 처리 단계의 효율을 높이기 위한 보조적 약품처리에 해당한다.

과잉공기를 과다하게 주입하면 오히려 연소가스가 희석·냉각되어 연소온도가 낮아진다.
발열량이 높은 연료를 쓰거나 연료를 예열하는 것, 그리고 완전연소를 유도하는 것은 모두 연소온도를 높이는 데 기여하지만, 과잉공기의 과다 주입은 필요 이상의 질소·산소가 연소가스와 함께 배출되며 열을 빼앗아 온도를 떨어뜨린다.

환경영향평가는 개발사업의 환경 영향을 사전에 평가하는 제도로, 폐기물 재활용·감량화 유도 제도와는 성격이 다르다.
예치금 제도, 부담금 제도, 쓰레기 종량제는 모두 경제적 유인을 통해 폐기물 발생을 줄이고 재활용을 촉진하기 위해 도입된 제도다.

짐머만(Zimmerman)공법은 습식산화의 대표적인 방식이다.
액상 슬러지에 고온·고압 조건에서 산소를 공급해 슬러지 내 유기물을 화학적으로 산화시키는 처리법으로, 혐기성·호기성 생물학적 소화와는 구분되는 물리화학적 처리 공법이다.

혐기성 소화는 호기성 소화보다 반응 속도가 느려 처리에 더 긴 시간이 소요되므로, 더 빠른 시간에 처리할 수 있다는 설명은 옳지 않다.
혐기성 소화는 슬러지의 무게와 부피를 줄이고 병원균을 감소시키며, 메탄 등 이용가치 있는 부산물을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 미생물 증식 속도가 느려 체류시간이 길게 필요하다는 것이 대표적 단점이다.

하부에서 공기를 주입해 모래층을 유동시키고 상부에서 폐기물을 투입해 소각하는 방식은 유동상 소각로다.
유동상 소각로는 가열된 모래 입자가 유동 상태로 폐기물과 골고루 접촉해 열전달이 우수하고 연소효율이 높은 것이 특징이다.

연소온도가 지나치게 높아지면 공기 중 질소가 산소와 반응해 질소산화물(NOx) 생성이 급격히 늘어난다.
이는 고온에서 촉진되는 열적(Thermal) NOx 생성 메커니즘 때문이며, 반대로 일산화탄소나 탄화수소류는 오히려 불완전연소, 즉 낮은 온도나 산소 부족 조건에서 증가하는 물질이다.

$3472\,\mathrm{kcal/m^3{\cdot}hr}$ 이다.
연소실 용적은 $1.2 \times 2 \times 12 = 28.8\,\mathrm{m^3}$ 이다.
열발생률 $= \dfrac{10{,}000\,\mathrm{kcal/kg} \times 10\,\mathrm{kg/hr}}{28.8\,\mathrm{m^3}} \approx 3472\,\mathrm{kcal/m^3{\cdot}hr}$

복토는 오히려 최종적으로 식물 성장을 촉진하기 위한 기반이 되므로, 식물 성장을 방지한다는 설명은 옳지 않다.
복토는 빗물 침투를 배제해 침출수 발생을 줄이고, 폐기물의 비산과 화재를 방지하며, 최종복토의 경우 식생 조성을 위한 토양층 역할을 한다.

공기 중 산소의 부피비가 약 21%이므로, 이론공기량은 이론산소량을 0.21로 나누어 구한다.
$\mathrm{이론공기량} = \dfrac{\mathrm{이론산소량}}{0.21}$ 의 관계가 성립하며, 이는 산소가 공기 전체 부피의 21%를 차지한다는 조성비에서 유도된다.

$\tau \approx 6.3\times10^{-4}$ 이다.
투과손실 $TL = 10\log\dfrac{1}{\tau}$ 이므로 $\tau = 10^{-TL/10}$ 이다.
$\tau = 10^{-3.2} \approx 6.3\times10^{-4}$

진동픽업은 완충물이 없이 충분히 다져서 단단히 굳은 장소에 설치해야 진동이 왜곡 없이 전달되므로, 완충물이 있는 장소를 적합하다고 한 설명은 옳지 않다.
완충물(고무판, 스펀지 등)이 있으면 지반의 진동이 감쇠되거나 왜곡되어 측정값의 신뢰도가 떨어진다. 경사·요철이 없고, 반사·회절이 없는 지점이며, 온도·전자기 등의 외부 영향을 받지 않는 곳이라는 나머지 조건은 모두 올바른 설치 요건이다.

$T \approx 2.8\,\mathrm{초}$ 이다.
단진자의 주기는 $T = 2\pi\sqrt{\dfrac{L}{g}}$ 이므로
$T = 2\pi\sqrt{\dfrac{2}{9.8}} \approx 2\pi \times 0.452 \approx 2.8\,\mathrm{초}$

사람이 수직진동에 민감하게 반응하는 주파수 대역은 4~8Hz 부근의 저주파수이며, 50Hz 이상의 고주파수에서 영향이 크다는 설명은 옳지 않다.
일반적으로 공해진동의 주파수 범위는 1~90Hz이고, 사람에게 불쾌감을 주는 진동이라는 정의와 공해진동레벨이 흔히 60~80dB 범위에서 나타난다는 설명은 모두 맞는 내용이다.

$\lambda = 25\,\mathrm{cm}$ 이다.
파장은 속도를 진동수로 나눈 값이므로 $\lambda = \dfrac{v}{f} = \dfrac{50\,\mathrm{m/s}}{200\,\mathrm{Hz}} = 0.25\,\mathrm{m} = 25\,\mathrm{cm}$