[환경기능사 필기] 06년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

다이옥신은 염소를 포함한 물질이 관여할 때 생성되며, 단순히 미연탄화수소가 질소와 반응해 발생한다는 설명은 옳지 않다.
다이옥신은 소각로 등에서 미연탄화수소와 염소원이 저온 구간에서 재합성되는 데노보(De novo) 합성이나, 염소화합물을 이용한 표백공정, 염화페놀류 제조공정 등 염소가 관여하는 경로에서 생성되는 것으로 알려져 있다.

염화수소(HCl)는 물에 대한 용해도가 매우 커서 상온에서도 다량이 녹아 염산 용액을 형성한다.
이는 HCl이 물과 만나 거의 완전히 이온화되어 H⁺와 Cl⁻로 해리되기 때문으로, 극성이 강한 분자일수록 물에 잘 녹는 성질을 잘 보여준다.
이산화황과 이산화탄소는 물에 어느 정도 녹지만 이온화 정도가 낮아 용해도가 HCl에 크게 못 미친다.
수소는 비극성 분자로 물에 대한 용해도가 매우 낮다.

이산화탄소 농도는 실내 공기오염의 대표적인 지표로 사용된다.
사람의 호흡이나 연소 등으로 발생하는 CO₂는 환기 상태와 밀접하게 연관되어 있어, 그 농도가 높을수록 다른 오염물질의 축적 가능성도 커진다고 판단할 수 있기 때문이다.
질소와 산소 농도는 실내외 차이가 거의 없어 오염 정도를 판단하는 지표로 쓰기 어렵다.
일산화탄소는 불완전연소 여부를 알려주는 유해가스 항목이기는 하나, 연소기구가 없는 실내에서는 거의 검출되지 않아 실내 공기오염 전반을 대표하는 지표로는 쓰이지 않는다.

액화천연가스(LNG)의 주성분은 메탄(CH₄)이다.
천연가스는 채굴 과정에서 분리되는 탄화수소 혼합물이지만 메탄이 대부분(약 90% 이상)을 차지하며, 에탄은 소량 섞여 있을 뿐이고 프로판·부탄은 LPG(액화석유가스)의 주성분이다.

관내 평균풍속은 유량을 관 단면적으로 나누어 구하며, 계산 결과 약 53m/s가 된다.
관의 직경이 0.2m이므로 단면적은 $A=\dfrac{\pi D^2}{4}=\dfrac{\pi \times 0.2^2}{4}=0.0314\ \mathrm{m^2}$이다.
풍량 100m³/분을 초당 유량으로 바꾸면 $Q=\dfrac{100}{60}=1.667\ \mathrm{m^3/s}$이고, 유속은 $v=\dfrac{Q}{A}=\dfrac{1.667}{0.0314} \approx 53\ \mathrm{m/s}$이다.

프로판 연소에 필요한 이론공기량은 계산하면 약 35.7 Sm³이다.
프로판의 완전연소 반응식은 $\mathrm{C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O}$로, 프로판 1Sm³당 이론산소량은 5Sm³이다.
프로판 1.5Sm³에 대한 이론산소량은 $5 \times 1.5 = 7.5\ \mathrm{Sm^3}$이고, 공기 중 산소 비율(21%)로 나누면 이론공기량은 $\dfrac{7.5}{0.21} \approx 35.7\ \mathrm{Sm^3}$이다.

여과 집진장치에서 부착된 먼지를 털어내는 탈진 방식은 간헐식과 연속식으로 구분된다.
겉보기 여과속도가 커지면 압력손실이 늘고 미세입자 포집 효율은 오히려 떨어진다.
여포의 손상은 사용 온도 및 압력 조건과 밀접하게 관련되어 있다.
여포재 선정 시 처리 대상 매연의 성상(입경·점착성·온도 등)은 중요한 고려 요소다.

싸이클론의 배기관(내관) 지름을 크게 하면 내부 선회 유속이 줄어들어 원심력이 약해지므로 집진효율은 오히려 저하된다.
입구 가스 속도를 높이면 원심력이 커져 효율이 향상된다.
내부 가스 회전수를 늘리면 입자가 받는 원심력 작용 시간이 길어져 효율이 좋아진다.
블로우다운 효과를 이용하면 벽면 부근의 편류에 의한 재비산을 억제해 효율이 향상된다.

대기 중 이산화탄소는 배출량이 압도적으로 많고 적외선을 강하게 흡수해 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치는 물질로 꼽힌다.
염화수소, 암모니아, 황산 미스트는 각각 산성비나 악취 등의 문제를 일으키지만 온실효과 기여도는 이산화탄소에 훨씬 못 미친다.

포착속도(제어속도)란 발생원에서 비산하는 오염물질을 후드 쪽으로 끌어들이기 위해 필요한 속도를 말한다.
덕트 내부를 흐르는 속도(반송속도)와는 별개의 개념으로, 후드 개구면 앞에서 오염물질이 역류하지 않고 포집되도록 만드는 최소한의 기류 속도를 의미한다.

프로판 1kg이 기화될 때 표준상태 부피는 약 0.51 Sm³이다.
프로판(C₃H₈)의 분자량은 44이므로 몰수는 $\dfrac{1000\ \mathrm{g}}{44\ \mathrm{g/mol}} \approx 22.7\ \mathrm{mol}$이다.
표준상태에서 기체 1몰의 부피는 22.4L이므로, 부피는 $22.7 \times 22.4 \approx 509\ \mathrm{L} = 0.51\ \mathrm{Sm^3}$이다.

촉매 산화법은 가스상 오염물질(예: 악취·VOC·CO)을 산화·분해하는 방법으로, 입자상 물질인 분진 제거에는 적합하지 않다.
중력 침강법, 세정법, 백필터법은 모두 입자상 물질을 물리적으로 분리·포집하는 대표적인 분진 처리 방법이다.

일산화탄소의 분자량은 28로 공기의 평균 분자량(약 29)보다 가볍다.
따라서 공기보다 무겁다는 설명은 옳지 않으며, 나머지 성질(무색·무미·무취, 불완전연소 시 발생, 헤모글로빈과의 강한 결합력)은 일산화탄소의 특성과 일치한다.

35℃, 750mmHg 조건에서 NO₂ 100g의 부피는 이상기체 법칙으로 계산하면 약 55.7L이다.
NO₂의 분자량은 46이므로 몰수는 $\dfrac{100}{46} \approx 2.17\ \mathrm{mol}$이다.
압력을 atm으로 바꾸면 $\dfrac{750}{760} \approx 0.987\ \mathrm{atm}$, 온도는 $308\ \mathrm{K}$이므로 $V=\dfrac{nRT}{P}=\dfrac{2.17 \times 0.082 \times 308}{0.987} \approx 55.7\ \mathrm{L}$이다.

이 집진장치의 집진율은 입구와 출구 농도 차이를 입구 농도로 나누어 계산하면 약 95.83%이다.
계산식은 $\eta=\dfrac{7.2-0.3}{7.2}\times 100 \approx 95.83\%$이다.

비점오염원은 강우에 씻겨 내려가는 오염물질이 주된 배출 형태이므로, 오히려 갈수기처럼 강우가 없는 시기에는 배출량이 크게 줄어든다.
지표수 유출이 거의 없는 갈수시 하천 수질 악화는 강우와 무관하게 지속적으로 배출되는 점오염원(생활하수·공장폐수 등)의 영향이 크며, 이는 비점오염원의 특징으로 보기 어렵다.
일간·계절간 배출량 변화가 큰 것은 강우에 좌우되는 비점오염원의 전형적 특징이다.
기상·지질·지형 조건에 크게 좌우되는 것도 비점오염원의 특징이다.
빗물·지하수로 희석·확산되며 넓은 지역에서 배출되는 것도 비점오염원의 특징이다.

2차침전지의 슬러지를 포기조로 반송하는 주된 목적은 포기조 내 미생물(MLSS) 농도를 적정 수준으로 유지하기 위함이다.
반송슬러지는 유입 유기물을 분해할 미생물량을 충분히 확보해 처리 효율을 유지하는 역할을 하며, 배출슬러지 최소화나 최초침전지 유출수 농축, 무기고형물 산화는 반송의 주된 목적이 아니다.

완속여과는 여과 속도가 느린 만큼 넓은 부지가 필요하고 그에 따라 시공비도 높아지는 편이므로, 시공비가 적고 부지가 좁다는 설명은 옳지 않다.
대신 손실수두와 유지관리비가 적고 처리수 수질이 양호한 것은 완속여과의 실제 장점에 해당한다.

탈기법으로 암모니아를 제거하려면 수중의 암모늄이온(NH₄⁺)을 기체 상태인 암모니아(NH₃)로 전환시켜야 하므로 높은 pH 조건이 필요하다.
25℃ 기준으로 pH가 11 정도로 높아야 평형이 NH₃ 쪽으로 크게 이동해 탈기 효율이 높아지며, 낮은 pH에서는 대부분 NH₄⁺ 형태로 존재해 탈기가 거의 일어나지 않는다.

하천 바닥에 침전하는 부유물질(SS)의 양은 유량과 농도, 침전 비율을 곱해 계산하면 약 900kg/일이다.
mg/L는 g/m³와 같으므로 하루 유입 SS량은 $\dfrac{20{,}000\ \mathrm{m^3/day} \times 150\ \mathrm{g/m^3}}{1{,}000} = 3{,}000\ \mathrm{kg/day}$이며, 이 중 30%가 침전하므로 $3{,}000 \times 0.3 = 900\ \mathrm{kg/day}$이다.

소수성 콜로이드는 전해질(염)에 매우 민감하여 소량의 염만으로도 쉽게 응결·침전되는 성질을 가지므로, 염에 민감하지 못하다는 설명은 옳지 않다.
현탁 상태로 존재하고 틴달효과가 크며 표면장력이 용매와 비슷한 것은 소수성 콜로이드의 실제 특징에 해당한다.

알루미늄염 응집제는 유효한 pH 범위가 비교적 좁은 편이어서, 적정 pH폭이 넓다는 설명은 알루미늄염의 장점으로 보기 어렵다.
반면 독성이 없어 대량 주입이 가능하고, 시설을 더럽히지 않으며, 가격이 저렴한 점은 알루미늄염의 실제 장점이다.

일반적인 활성슬러지 공법의 처리 순서는 유입수 → 침사지 → 1차침전지 → 포기조 → 최종침전지 → 염소접촉조 → 유출수 순이다.
협잡물을 먼저 침사지에서 걸러내고 1차침전지에서 고형물을 가라앉힌 뒤, 포기조에서 미생물에 의한 생물학적 처리를 거쳐 최종침전지에서 슬러지를 분리하고, 마지막으로 소독을 위한 염소접촉조를 지나는 흐름이 표준적인 배열이다.

최초침전지의 수리학적 체류시간(HRT)은 침전지 용적을 유입 유량으로 나누어 구하며, 계산 결과 약 3.24시간이다.
침전지 용적은 $15 \times 6 \times 3 = 270\ \mathrm{m^3}$이고, 유입유량 2,000m³/day를 시간당으로 환산하면 $\dfrac{2000}{24} \approx 83.3\ \mathrm{m^3/hr}$이다.
따라서 HRT는 $\dfrac{270}{83.3} \approx 3.24\ \mathrm{hr}$이다.

0.001M 염산이 100% 이온화되면 수소이온 농도는 $[\mathrm{H^+}]=10^{-3}\ \mathrm{M}$이 되므로, pH는 3이다.
pH는 $\mathrm{pH}=-\log[\mathrm{H^+}]=-\log(10^{-3})=3$으로 계산된다.

혐기성 소화의 상등수(유출수)는 암모니아성 질소와 유기물 농도가 높아 수질이 좋지 않은 편이므로, 유출수 수질이 양호하다는 설명은 혐기성 소화조의 장점으로 보기 어렵다.
반면 폐슬러지량 감소, 고농도 폐수 처리에 적합한 점, 메탄 등 이용 가능한 가스를 생산하는 점은 혐기성 소화의 실제 장점이다.

글루코스가 혐기성 상태에서 분해되면 메탄과 이산화탄소가 각각 3몰씩 생성되므로 a=3, b=3이다.
반응식은 $\mathrm{C_6H_{12}O_6 \rightarrow 3CH_4 + 3CO_2}$로, 탄소 6개가 메탄 3몰(C 3개)과 이산화탄소 3몰(C 3개)로 나뉘고, 수소 12개는 메탄 3몰의 수소 12개와, 산소 6개는 이산화탄소 3몰의 산소 6개와 정확히 맞아떨어진다.
혐기성 분해는 외부에서 산소를 공급받지 않고 유기물 자체의 산화·환원만으로 진행되기 때문에, 이렇게 양변의 C·H·O 원자수만으로 계수를 결정할 수 있다.

지구상에 존재하는 물 중 해수가 차지하는 비율은 약 97%에 달한다.
담수는 빙하·지하수·하천수 등을 모두 합쳐도 전체 수자원의 약 3% 수준에 불과할 만큼 해수의 비중이 압도적으로 크다.

A2/O 공정의 혐기조는 미생물이 저장해 둔 인을 방출시키는, 즉 인의 방출이 주된 역할이다.
이후 무산소조에서는 탈질화가, 호기조에서는 질산화와 함께 방출됐던 것보다 많은 양의 인을 과잉 섭취하는 반응이 일어나며, 이러한 순서를 통해 질소와 인이 함께 제거된다.

이 침전지의 SS 제거율은 유입과 유출 농도 차이를 유입 농도로 나누어 계산하면 80%이다.
계산식은 $\eta=\dfrac{500-100}{500}\times 100=80\%$이다.

에탄올 100mg/L의 이론적 COD값은 반응식을 이용해 계산하면 약 209mg/L이다.
에탄올의 완전산화 반응식은 $\mathrm{C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O}$로, 에탄올(분자량 46) 1g을 산화시키는 데 필요한 산소(분자량 32×3=96)의 비율은 $\dfrac{96}{46}$이다.
따라서 COD는 $100 \times \dfrac{96}{46} \approx 209\ \mathrm{mg/L}$이다.

활성슬러지 공정에서 미생물량 대비 유입 유기물량의 비율은 F/M비(먹이 대 미생물비)로 나타낸다.
F/M비는 포기조의 유기물 부하 상태를 나타내는 대표적 운전 지표로, 값이 너무 높으면 처리 효율이 떨어지고 너무 낮으면 슬러지 팽화 등의 문제가 발생할 수 있다.

살수여상은 쇄석 표면에 부착·번식한 미생물막(생물막)이 흘러내리는 폐수와 접촉하면서 유기물을 섭취·분해하는 원리로 작동한다.
이는 고형물을 물리적으로 여과하거나 흡착시키는 방식이 아니라, 생물학적 산화 작용을 이용하는 처리 방식이라는 점이 특징이다.

'카네미유증'은 식용유에 혼입된 PCB(폴리염화비페닐)에 의해 발생한 대표적인 만성 중독 질환이다.
1968년 일본에서 미강유 제조 과정 중 PCB가 혼입되면서 대규모 중독 사고로 이어졌으며, 이는 카드뮴이나 불소, 망간 중독과는 원인 물질이 다르다.

폐기물 파이프라인 수송은 오히려 폐기물 발생 밀도가 높은 지역(예: 대단지 아파트 등)에서 경제성을 확보하기 쉬워 활발히 활용되므로, 발생 밀도가 높은 곳에서 사용이 불가능하다는 설명은 옳지 않다.
반대로 잘못 투입된 물건의 회수가 어렵고, 조대폐기물은 사전에 파쇄·압축 등 전처리가 필요하며, 관로의 특성상 장거리 수송에는 한계가 있다는 점은 실제 단점에 해당한다.

감량화(발생억제)가 폐기물 관리에서 가장 우선적으로 다뤄야 할 분야이다.
폐기물 관리는 통상 발생 자체를 줄이는 감량화를 최우선으로 하고, 그 다음 재활용, 처리, 최종처분 순으로 우선순위를 둔다. 재활용이나 처리·매립 같은 대책은 이미 발생한 폐기물을 다루는 사후적 방법이므로 감량화보다 우선순위가 낮다.

계산 결과 발생하는 LFG는 5,250m³이다.
총고형분 농도 70,000ppm은 70,000mg/L, 즉 $70\ \mathrm{kg/m^3}$이므로 매립량 300m³에 들어 있는 총고형분(TS)은 $300 \times 70 = 21000\ \mathrm{kg}$이다.
이 중 휘발성고형물(VS)이 50%이므로 VS는 $21000 \times 0.5 = 10500\ \mathrm{kg}$이고, VS 1kg당 메탄이 0.5m³ 발생하므로 $10500 \times 0.5 = 5250\ \mathrm{m^3}$이다.

침출수 발생은 파쇄 공정 자체에서 생기는 문제가 아니라 매립지에서 발생하는 현상이다.
파쇄 과정에서는 미세한 입자가 날리며 먼지가 발생한다.
파쇄기 가동 중 소음과 진동이 발생한다.
가연성·폭발성 물질이 섞여 있으면 파쇄 중 폭발 위험이 있다.
이 세 가지는 파쇄 공정에서 실제로 우려되는 문제이지만, 침출수는 매립된 폐기물에 빗물 등이 침투해 생기는 별개의 현상이다.

슬러지나 분뇨의 탈수 가능성을 정량적으로 나타내는 지표는 여과비저항(specific resistance to filtration)이다.
여과비저항 값이 작을수록 여과가 잘 이루어져 탈수성이 좋다는 것을 의미한다.
균등계수와 유효경은 입도분포를 나타내는 여재·토양 관련 지표다.
알칼리도는 수중 완충능력을 나타내는 지표로 탈수성과는 무관하다.

폐기물 발생량 조사방법으로 실제 쓰이지 않는 것은 간접계근법이다.
적재차량 계수분석법은 수거차량의 대수와 적재량을 계수하여 산정한다.
직접계근법은 수거차량의 무게를 직접 계량하여 산정한다.
물질수지법은 투입·산출 물질의 수지를 따져 발생량을 추정한다.
이 세 가지는 실제 사용되는 대표적인 조사방법이지만, 간접계근법이라는 명칭의 방법은 표준적으로 쓰이지 않는다.

가중평균으로 계산하면 쓰레기의 수분함량은 33%이다.
구성비와 수분함량을 곱해 더하면 $0.3 \times 70\% + 0.5 \times 20\% + 0.2 \times 10\% = 21\% + 10\% + 2\% = 33\%$이다.

화격자의 면적은 약 9.38m²로 계산된다.
하루 8시간 가동하므로 시간당 처리량은 $\dfrac{7500\ \mathrm{kg/day}}{8\ \mathrm{hr}} = 937.5\ \mathrm{kg/hr}$이다.
소각능력이 $100\ \mathrm{kg/(m^2 \cdot hr)}$이므로 면적은 $\dfrac{937.5}{100} = 9.375\ \mathrm{m^2}$, 즉 약 9.38m²가 필요하다.

용매추출에서 용매에 요구되는 성질은 극성 자체가 아니라, 제거하려는 성분만 골라 녹여낼 수 있는 선택성과 그 성분에 대한 높은 용해도이다. 대상 오염물질이 비극성이면 비극성 용매를 써야 하므로, 용매가 극성을 띠어야 한다는 설명은 틀렸다.
반면 생물학적으로 분해되기 어려운 물질이나 활성탄 흡착으로 처리하기에는 농도가 너무 높은 물질에 용매추출이 적합하다는 설명, 사용한 용매를 증류 등으로 회수해 재사용할 수 있어야 한다는 설명은 모두 옳다.

도시쓰레기 소각의 장점으로 볼 수 없는 것은 운전비용이 적게 든다는 설명이다.
소각은 연료비, 설비 유지관리비 등이 많이 들어 오히려 운전비용 부담이 큰 처리방식이다. 반면 위생적으로 처리할 수 있고, 소각열을 회수해 이용할 수 있으며, 부피를 크게 줄여 매립할 쓰레기량을 감소시키는 것은 소각의 실질적인 장점이다.

슬러지 안정화 방법으로 볼 수 없는 것은 살수여상법이다.
살수여상법은 폐수 중의 유기물(BOD)을 제거하는 생물학적 폐수처리 공법이지, 발생한 슬러지를 안정화시키는 공법이 아니다.
혐기성 소화, 호기성 소화, 퇴비화는 모두 슬러지 내 유기물을 분해해 부패성을 낮추는 대표적인 슬러지 안정화 공법이다.

압축 후 부피는 약 667m³가 된다.
질량은 압축 전후에 변하지 않으므로 $1000\ \mathrm{m^3} \times 400\ \mathrm{kg/m^3} = 400000\ \mathrm{kg}$이다.
밀도가 $600\ \mathrm{kg/m^3}$이 되도록 압축하면 부피는 $\dfrac{400000}{600} = 666.7\ \mathrm{m^3}$, 즉 약 667m³이다.

계산하면 저위발열량은 약 10,300 kcal/kg이다.
저위발열량은 고위발열량에서 수분 증발에 쓰이는 잠열을 뺀 값으로, $H_l = H_h - 600(9H + W)$로 구한다(H, W는 각각 수소와 수분의 중량비).
$9 \times 0.13 + 0.05 = 1.22$이므로 $H_l = 11000 - 600 \times 1.22 = 11000 - 732 = 10268$, 즉 약 10,300 kcal/kg이다.

슬러지를 개량(conditioning)하는 가장 큰 목적은 탈수성 향상이다.
응집제 투입이나 열처리 같은 개량 과정을 거치면 슬러지 입자가 뭉쳐 여액이 잘 빠지도록 구조가 바뀌어 이후 탈수 공정의 효율이 높아진다.

폐기물에서 에너지를 회수하는 방법으로 볼 수 없는 것은 슬러지 개량이다.
슬러지 개량은 탈수성을 높이기 위한 전처리 과정일 뿐, 그 자체로 에너지를 회수하는 공정은 아니다. 혐기성 소화로 얻는 소화가스, 고형연료(RDF) 제조, 소각열 회수는 모두 폐기물에서 에너지를 얻는 대표적인 방법이다.

슬러지 처리는 일반적으로 농축 → 안정화 → 개량 → 탈수 → 소각 → 최종처분 순서로 진행된다.
먼저 농축으로 함수율을 낮춰 부피를 줄인 뒤 소화 등으로 안정화하고, 탈수 효율을 높이기 위해 약품 등으로 개량한 다음 탈수하며, 이후 소각을 거쳐 남은 재를 최종처분한다.

증발하는 수분의 양은 800kg이다.
폐기물 1ton(1,000kg) 기준으로 함수율이 85%이므로 고형분은 $1000 \times (1-0.85) = 150\ \mathrm{kg}$이며, 건조 과정에서 이 고형분 양은 변하지 않는다.
건조 후 함수율이 25%가 되면 전체 무게는 $\dfrac{150}{1-0.25} = 200\ \mathrm{kg}$이 되므로, 증발한 수분량은 $1000 - 200 = 800\ \mathrm{kg}$이다.

음파의 미약한 압력변화(음압)를 전기 신호로 바꾸는 구성요소는 마이크로폰이다.
정류회로나 동특성조절기, 청감보정회로는 마이크로폰이 변환한 전기 신호를 이후 단계에서 처리·보정하는 역할을 한다.

마스킹 효과는 음파의 맥동(beat)에 의해 일어나는 현상이 아니다.
마스킹은 큰 소리가 그와 주파수가 가까운 작은 소리의 지각을 방해하는 청각 현상으로, 두 음의 주파수가 비슷할수록 효과가 커진다. 반대로 두 음의 주파수가 거의 같아지면 오히려 맥동(울림)이 나타나 마스킹 효과는 줄어든다.

배경진동을 보정한 발생 진동레벨은 약 76dB이다.
가동 시 진동레벨 77dB과 배경진동레벨 68dB의 차이가 9dB이어서 측정값에 배경진동의 영향이 남아 있으므로, 두 값을 에너지(진동에너지)로 환산해 빼 준다.
$L = 10\log(10^{7.7} - 10^{6.8}) \approx 76.4\ \mathrm{dB}$이므로 약 76dB이다.

횡파는 파동의 진행방향과 매질의 진동방향이 서로 수직인 파동이므로, 두 방향이 평행하다는 설명은 틀렸다.
진행방향과 진동방향이 나란한 것은 종파(소밀파)의 특징이다. 물결파와 지진파의 S파는 대표적인 횡파이며, 빛과 같은 전자기파처럼 매질이 없어도 전파되는 횡파도 있다.