[환경기능사 필기] 05년 3회차 기출문제 정답·해설 페이지

후드의 개구면적은 가능한 한 작게 하여 필요환기량을 줄여야 하므로, 개구면적을 크게 한다는 설명이 틀렸다.
개구면적이 커지면 그만큼 처리해야 할 공기량이 늘어나 송풍동력과 비용이 증가하므로, 후드는 발생원을 포위하되 개구면적은 최소화하는 것이 원칙이다.
충분한 포착속도를 유지해야 한다는 설명은 옳다.
후드를 발생원에 최대한 근접시켜야 한다는 설명도 옳다.
국부적인 흡인방식을 택해야 한다는 설명도 옳다.

아르곤은 질소·산소 다음으로 대기 중 부피비가 커서, 제시된 성분 중 가장 많은 양을 차지한다.
건조공기 기준으로 아르곤은 약 0.93%를 차지해 네온(약 0.0018%)이나 이산화탄소(약 0.03~0.04%), 미량 성분인 오존보다 훨씬 많다.

유리탄소가 응결되어 입경이 1㎛ 이상으로 커진 입자상 물질은 검댕(soot)이라 부른다.
이에 비해 매연(smoke)은 연소 과정에서 생기는 유리탄소 위주의 미세한 입자로 입경이 1㎛ 이하인 경우를 가리켜 구분된다.

흡수장치의 흡수액은 가스와의 반응·용해가 잘 이루어져야 하므로 용해도가 커야 하며, 용해도가 작아야 한다는 설명은 틀렸다.
용해도가 클수록 적은 흡수액량으로도 많은 가스를 흡수할 수 있어 흡수탑의 효율이 높아진다.
점성이 작아야 한다는 설명은 옳다(유동성이 좋아야 접촉효율이 높다).
휘발성이 작아야 한다는 설명도 옳다(흡수액 손실 방지).
화학적으로 안정해야 한다는 설명도 옳다.

탄화수소 $C_mH_n$의 완전연소에 필요한 이론산소량은 $m+\dfrac{n}{4}$ mol로 결정된다.
완전연소 반응식은 $C_mH_n+\left(m+\dfrac{n}{4}\right)O_2 \rightarrow mCO_2+\dfrac{n}{2}H_2O$이며, 여기서 산소 앞의 계수가 바로 mole 기준 이론산소량이다.

보일-샤를의 법칙으로 환산하면 500℃, 740mmHg에서의 가스량은 약 290,803 m³/hr가 된다.
$V_2=V_1\times\dfrac{T_2}{T_1}\times\dfrac{P_1}{P_2}$이고, $T_1=273\mathrm{K},\ T_2=773\mathrm{K}$이므로
$V_2=100{,}000\times\dfrac{773}{273}\times\dfrac{760}{740}\approx290{,}803\ \mathrm{m^3/hr}$

탈황된 황이 전량 $CaSO_4$로 전환된다고 보면 부산물 생산량은 765 kg/hr이다.
중유 중 황량은 $20{,}000\ \mathrm{kg/hr}\times0.01=200\ \mathrm{kg\ S/hr}$이고, 탈황율 90%를 적용하면 회수되는 황은 $200\times0.9=180\ \mathrm{kg\ S/hr}$이다.
$CaSO_4$의 분자량은 136(Ca 40 + S 32 + O 64)이므로, 부산물량은 $180\times\dfrac{136}{32}=765\ \mathrm{kg/hr}$로 계산된다.

직렬로 연결된 두 집진장치의 총집진효율은 99.5%로 계산된다.
총효율은 $\eta=1-(1-\eta_1)(1-\eta_2)=1-(1-0.9)(1-0.95)=1-0.005=0.995$이므로 99.5%가 된다.

대기오염공정시험방법에서 방울수는 20℃에서 정제수 20방울을 떨어뜨릴 때 그 부피가 약 1mL가 되는 것을 뜻한다.
온도와 방울 수 조건을 정확히 맞춘 정의만 옳으므로, 15℃ 기준이거나 10방울 기준으로 서술된 나머지 설명은 모두 틀렸다.

도심에서 데워진 오염 공기가 상승하고 주변의 찬 공기가 도시로 유입되면서 오염물질이 지붕처럼 도시를 덮는 현상은 열섬효과(heat island effect)와 관련된 돔(dome) 현상이다.
도시는 인공열과 건축물 밀집으로 주변보다 기온이 높아 상승기류가 발생하고, 그 자리를 메우기 위해 교외의 찬 공기가 유입되면서 오염물질이 도시 상공에 정체되는 구조가 만들어진다.

집진효율 98%를 적용하면 출구가스의 먼지농도는 0.30 g/m³가 된다.
$C_{out}=C_{in}\times(1-\eta)=15\times(1-0.98)=0.3\ \mathrm{g/m^3}$로 계산된다.

제시된 집진장치 중 중력집진장치가 집진효율이 가장 낮다.
중력집진장치는 입자의 자유낙하만을 이용하므로 미세입자를 포집하기 어려워 효율이 대체로 40~60% 수준에 그치는 반면, 전기·여과·원심력집진장치는 상대적으로 높은 효율을 낸다.

제시된 물성(20℃, 8.8기압에서 액화, 융점 -77.7℃, 비등점 -33.35℃, 물에 잘 용해, 비료·냉동·색소공장에서 발생)은 암모니아(NH₃)의 특성과 일치한다.
암모니아는 냉동기 냉매로 쓰이고 비료 제조의 원료이기도 해 해당 공정에서 대기오염물질로 배출된다.

송풍기의 소요동력은 약 273 kW로 계산된다.
처리가스량을 분당 유량으로 바꾸면 $50\ \mathrm{m^3/sec}\times60=3{,}000\ \mathrm{m^3/min}$이고,
동력 $=\dfrac{Q\times \Delta P}{6120\times\eta}=\dfrac{3{,}000\times400}{6120\times0.72}\approx273\ \mathrm{kW}$로 구해진다.

고연돌(굴뚝을 높이는 것)은 오염물질을 대기 중으로 넓게 확산시켜 지표 농도를 낮추는 방법일 뿐, SO₂ 배출량 자체를 줄이는 저감방법이 아니다.
저유황 연료 사용, 배기가스 탈황설비 설치, 연료 중 유황분 제거는 모두 SO₂ 발생량 또는 배출량을 실제로 줄이는 조치에 해당한다.

제시된 생물 중 윤충류(Rotifer)가 용존산소에 가장 민감하여, 포기조의 DO가 충분히 유지될 때에만 출현한다.
활성슬러지에서는 처리 상태가 나아질수록 세균 → 편모충류 → 육질충류(Sarcodina) → 섬모충류(Ciliate) → 윤충류 순으로 우점종이 바뀌며, 윤충류의 출현은 DO가 충분하고 처리효율이 양호함을 나타내는 지표로 쓰인다.

지하수는 토양층을 거쳐 흐르기 때문에 통과하는 지층의 지질조건에 따라 수질이 크게 좌우되므로, 국지적인 환경조건의 영향이 적다는 설명은 틀렸다.
지하수는 다공질 매질을 통과하며 이동하므로 유속이 느리고, 표층의 기온 변화가 직접 전달되지 않아 연중 수온 변화가 작으며, 산소가 부족한 환경에서 세균에 의한 유기물 분해가 주된 생물작용이 된다.

하수고도처리 A²/O 공법은 혐기조–무산소조–포기조의 순서로 구성되며, 혼합조는 이 공법의 구성 요소에 해당하지 않는다.
혐기조에서는 인 방출, 무산소조에서는 탈질(질산성질소의 질소가스화), 포기조에서는 유기물 분해와 질산화가 일어나는 구조다.

폐수의 평균 BOD는 125 mg/L로 계산된다.
폐수량은 $100\ \mathrm{m^3/ton}\times400\ \mathrm{ton/day}=40{,}000\ \mathrm{m^3/day}$이므로, $\mathrm{BOD}=\dfrac{5{,}000\ \mathrm{kg/day}}{40{,}000\ \mathrm{m^3/day}}=0.125\ \mathrm{kg/m^3}=125\ \mathrm{mg/L}$가 된다.

해역의 적조는 질소와 인 같은 영양염류가 과다하게 유입되어 부영양화가 일어나면서 플랑크톤이 급격히 증식해 발생한다.
수은, 염소는 영양염류가 아니라 독성물질에 해당하고, 산소는 오히려 적조 발생 시 소비되어 부족해지는 성분이다.

직경 30cm 하수관에 20m³/min의 유량이 흐를 때 유속은 약 4.7 m/sec이다.
관 단면적은 $A=\pi\left(\dfrac{0.3}{2}\right)^2\approx0.0707\ \mathrm{m^2}$이고 유량을 초당 단위로 바꾸면 $Q=\dfrac{20}{60}\approx0.333\ \mathrm{m^3/sec}$이므로, $v=\dfrac{Q}{A}\approx4.7\ \mathrm{m/sec}$가 된다.

포기조의 체류시간은 7.5시간으로 계산된다.
BOD 용적부하율로부터 포기조 용적은 $V=\dfrac{250\ \mathrm{kg/day}}{0.4\ \mathrm{kg/m^3\cdot day}}=625\ \mathrm{m^3}$이고,
체류시간은 $t=\dfrac{V}{Q}=\dfrac{625}{2000}=0.3125\ \mathrm{day}=7.5\ \mathrm{시간}$이 된다.

pH 3.5인 용액의 수소이온농도는 $3.16\times10^{-4}\ \mathrm{mol/L}$이다.
$[H^+]=10^{-\mathrm{pH}}=10^{-3.5}=10^{0.5}\times10^{-4}\approx3.16\times10^{-4}$로 계산된다.

휘발성고형물이 전량 가스화된다고 보면 CH₄ 발생량은 약 9 m³/kL VS가 된다.
총고형물량 25,000mg/L을 kg/kL 단위로 바꾸면 25 kg/kL이고, 휘발성고형물 비율 60.5%를 곱하면 $25\times0.605\approx15.13\ \mathrm{kg\ VS/kL}$이다.
여기에 단위 VS당 가스발생량 $0.6\ \mathrm{m^3/kg\ VS}$를 곱하면 $15.13\times0.6\approx9.1\ \mathrm{m^3/kL}$로, 약 9m³/kL VS에 해당한다.

DO 측정(윙클러-아지드화나트륨법) 적정에서 전분지시약이 나타내던 청색이 사라지고 무색이 되는 지점이 종말점이다.
티오황산나트륨으로 적정하면서 유리된 요오드가 소비되어 전분-요오드 착색이 사라지므로, 무색이 될 때를 종말점으로 판정한다.

살수여상의 매질(여재)은 미생물이 부착해 자랄 수 있는 표면과 폐수·공기가 통과할 수 있는 공간을 제공하는 역할을 하며, 박테리아 자체가 매질을 통과하는 기능과는 관계가 없다.
박테리아는 여재 표면에 부착생장(생물막)하는 것이지 여재 사이를 통과해 흐르는 존재가 아니므로, 이 항목이 매질의 기능과 가장 무관하다.

레이놀즈수는 $Re=\dfrac{\rho\, v\, d}{\mu}$로 정의되어 점성계수가 분모에 있으므로, 액체의 점성계수가 커지면 레이놀즈수는 오히려 감소한다.
반면 입자의 지름과 침강속도는 분자 쪽 인자여서 값이 커질수록 레이놀즈수를 키우고, 입자의 밀도가 커지면 침강속도가 빨라지므로 결과적으로 레이놀즈수가 증가한다.

호수의 수온성층 구조는 표수층–수온약층–심수층의 세 층으로 구분되며, 변수층은 이 구분에 쓰이지 않는 명칭이다.
표수층은 표층의 순환대, 수온약층은 깊이에 따라 수온이 급격히 변하는 층, 심수층은 하부의 정체된 저온층을 가리킨다.

포기조의 적정 DO는 일반적으로 1~2mg/L 수준이므로, DO가 5mg/L라면 필요 이상으로 공기를 불어넣은 과다포기 상태로 보는 것이 타당하다.
DO가 부족한 것이 아니라 오히려 과잉이므로 처리가 안 된다거나 적절히 유지되고 있다는 판단은 맞지 않으며, 과포기는 에너지 낭비와 플록 파괴로 이어질 수 있다.

환경오염공정시험법에서 찬 곳은 별도 규정이 없는 한 0~15℃의 장소를 뜻하므로, "4℃ 이하"라는 설명이 틀렸다.
표준온도 0℃, 상온 15~25℃, 실온 1~35℃라는 나머지 기준은 공정시험법의 정의와 일치한다.

함수율은 슬러지 총부피 중 수분의 비율이므로, 고형물의 함수율을 이용하여 계산한다. 초기 고형물량은 20 × (1 − 0.97) = 20 × 0.03 = 0.6 m³이고, 농축 후에도 고형물량은 변하지 않으므로 0.6 = V × (1 − 0.95) = V × 0.05에서 $V = \frac{0.6}{0.05} = 12 \text{ m}^3$이다. 따라서 농축 후 슬러지 부피는 12 m³이다.

폐수의 응집침전에서는 pH, 교반속도, 응집제 첨가량이 플록 형성에 직접 영향을 주는 핵심 인자이며, 용존산소량은 이러한 화학적 응집 반응과 관계가 가장 적다.
용존산소는 호기성 생물학적 처리에서 중요한 인자이지, 응집제를 이용한 물리화학적 침전 공정의 조건과는 직접적인 관련이 없다.

활성오니(활성슬러지) 공법에서 슬러지를 반송하는 주된 목적은 포기조 내의 MLSS(혼합액 부유물질) 농도를 일정하게 유지하기 위함이다.
반송슬러지를 통해 침전지에서 가라앉은 미생물을 다시 포기조로 되돌려 보내야 충분한 미생물량이 확보되어 유기물 분해가 안정적으로 이루어진다.

중화적정 결과 Ca(OH)₂ 용액의 농도는 0.012N으로 계산된다.
당량점에서는 $N_1V_1=N_2V_2$가 성립하므로 $N_1\times100=0.02\times60$, 즉 $N_1=\dfrac{1.2}{100}=0.012\mathrm{N}$이 된다.

10,000ppm을 %로 환산하면 1%가 된다.
ppm은 백만분율(1/1,000,000), %는 백분율(1/100)이므로 1%는 10,000ppm에 해당한다. 따라서 10,000ppm은 그대로 1%가 된다.

유해성 여부가 생활폐기물과 지정폐기물을 가르는 핵심 분류기준이다.
지정폐기물은 폐기물 중 주변 환경을 오염시키거나 인체에 위해를 줄 수 있는 유해물질을 함유한 것을 별도로 규정한 것으로, 발생원이나 발생량, 성상만으로는 구분되지 않는다.

MHT(Man-Hour/Ton)는 폐기물 1톤을 수거하는 데 투입되는 총 작업시간으로 구한다.
연간 총 작업시간은 $5000\text{명} \times 8\mathrm{hr/day} \times 300\mathrm{day/year} = 12{,}000{,}000\ \mathrm{MH/year}$이다.
이를 연간 수거량으로 나누면 $\dfrac{12{,}000{,}000\ \mathrm{MH}}{4{,}000{,}000\ \mathrm{ton}} = 3\ \mathrm{MH/ton}$으로, MHT는 3이 된다.

소각과 열분해를 가르는 공정상의 핵심 차이는 공기(산소) 공급 여부이다.
소각은 충분한 산소를 공급해 폐기물을 완전연소시키는 반응이고, 열분해는 산소를 차단하거나 제한한 상태에서 열을 가해 유기물을 열분해시켜 가스·오일·탄화물(char) 등으로 전환하는 공정이다.
처리온도나 유해성 존재 여부, 탄소성분 여부는 두 공정을 가르는 본질적 기준이 아니다.

폐기물 파쇄의 목적은 겉보기 비중을 증가시켜 부피를 줄이는 데 있으므로, 겉보기 비중의 감소는 파쇄 목적과 가장 거리가 멀다.
특정성분의 분리는 파쇄 후 선별을 용이하게 하는 목적에 해당한다.
고체의 치밀한 혼합은 파쇄를 통해 물질을 균질화하는 목적에 해당한다.
부식효과 촉진은 표면적 증가로 미생물 분해·부식이 촉진되는 목적에 해당한다.

혐기성 소화는 폭기 등 별도 동력 공급이 필요 없어 오히려 운영(관리)비가 적게 드는 것이 특징이므로, 관리비가 많이 든다는 것은 혐기성 처리의 단점으로 볼 수 없다.
소화 슬러지의 비료가치가 호기성 처리에 비해 작은 것은 실제 단점이다.
pH·온도 등에 민감해 운전이 까다로운 것은 실제 단점이다.
소화속도가 느려 체류시간이 긴 것은 실제 단점이다.

가스를 하부에서 주입해 모래층을 유동시키고 그 위에서 폐기물을 투입해 연소시키는 방식은 유동상(fluidized bed) 소각로의 전형적인 구조이다.
스토카식은 화격자 위에서, 다단로는 여러 단의 노상을 거치며, 액체주입형은 노즐로 분사해 연소시키는 방식으로 모래 유동층을 이용하지 않는다.

혐기성 소화로 연료용 가스(메탄)를 많이 얻으려면 원료에 탄소 성분이 풍부해야 유리하다.
메탄가스는 유기물 중 탄소가 미생물에 의해 분해되며 생성되므로, 탄소 함량이 높을수록 가스 발생량이 늘어난다.
질소, 산소, 인은 미생물 영양원이나 보조 성분으로 작용할 뿐, 가스 생성량을 직접 늘리는 주성분은 아니다.

슬러지에 열과 압력을 가하고 용존산소를 이용해 슬러지 내 유기물을 화학적으로 산화시키는 처리법은 습식산화법(짐머만 공법)이다.
포졸란 공법은 고화제를 이용한 고형화 처리, 초임계 공법은 물의 임계점을 넘는 초임계수 조건에서의 산화처리, 임호프 공법은 침전과 소화를 함께 하는 조 형식으로, 습식산화의 운전조건·원리와는 구분된다.

슬러지 총량은 고형물량을 고형물 함량비로 나누어 구한다.
$\dfrac{500\ \mathrm{kg}}{0.4} = 1{,}250\ \mathrm{kg}$이므로 이 슬러지의 총량은 1,250kg이다.

매립지가 정상적으로 안정화된 상태(혐기성 메탄생성 단계)에서는 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)가 가스 조성의 대부분을 차지한다.
매립 초기의 호기성·산생성 단계에서는 CO₂ 비율이 높지만, 안정화 이후에는 CH₄가 우세해지며 두 성분의 합이 가스 조성의 대부분을 이룬다.

우리나라 도시폐기물 처리는 매립과 재활용이 차지하는 비중이 크고 소각 비중은 상대적으로 낮은 구조이므로, 도시폐기물의 대부분을 소각에 의존한다는 설명은 옳지 않다.
발생량이 계절과 생활양식에 따라 달라진다는 것은 옳은 설명이다.
수거·운반비가 폐기물 관리비용의 대부분을 차지한다는 것은 옳은 설명이다.
종량제 실시 이후 재활용률이 증가했다는 것은 옳은 설명이다.

압축비는 압축 전 부피를 압축 후 부피로 나눈 값이다. 처음 부피를 V₀라 하면 압축 후 부피는 0.75V₀이므로, 압축비 = V₀ ÷ (0.75V₀) = $\frac{1}{0.75} = \frac{100}{75} = \frac{4}{3}$ = 1.33이다.

건조 전후 건조고형물의 양은 변하지 않는다는 점을 이용해 계산한다.
폐기물 1톤 중 건조고형물은 $1{,}000\ \mathrm{kg} \times (1-0.20) = 800\ \mathrm{kg}$이며, 건조 후 총량은 $\dfrac{800}{1-0.10} = 888.9\ \mathrm{kg}$이다.
제거된 수분량은 $1{,}000 - 888.9 = 111.1\ \mathrm{kg}$으로, 약 111kg/톤이다.

슬러지 개량(conditioning)은 응집제 투여나 세정, 열처리 등을 통해 슬러지의 탈수성을 향상시켜 이후 탈수공정의 효율을 높이는 것이 주된 목적이다.
영양인자 유지나 농축특성, 소화효율 향상은 개량의 직접적인 목적이 아니다.

유지류가 포함된 스컴(scum)은 지방·유지 성분 비중이 커서 다른 슬러지에 비해 발열량이 가장 높다.
소화슬러지·침사지 슬러지·1차 슬러지는 유기물 함량이나 분해 정도가 달라 스컴만큼 높은 열량을 갖지 않는다.

소각로의 연소효율을 좌우하는 3T는 온도(Temperature)·시간(Time)·혼합(Turbulence)이며, 산소 공급은 3T의 구성요소가 아니다.
적당한 산소(공기) 공급은 완전연소를 위해 필요하지만, 3T 개념 자체에는 포함되지 않는다.

고형물 부하는 농축조 단위 용적당 하루에 투입되는 고형물의 질량으로, 공식은 (투입슬러지량 × 고형물 농도) ÷ 농축조 용적이다. 슬러지 비중이 1이므로 투입슬러지량 1200m³/일은 곧 1200톤/일에 해당한다. 고형물 질량 = 1200톤/일 × 3% = 36톤/일 = 36,000kg/일이다. 고형물 부하 = 36,000kg/일 ÷ 600m³ = 60kg/m³ㆍ일이다.

슬러지 소화는 유기물을 분해해 안정화시키고, 무게·부피를 줄이며, 병원균을 사멸·억제하는 것이 목적이다.
수송을 쉽게 하려면 슬러지에 포함된 물을 줄여야 하므로 함수율은 오히려 낮추어야 한다. 함수율을 높여 수송을 용이하게 한다는 설명은 방향이 반대여서 소화의 목적이 될 수 없다.

야간에는 지표 부근이 상공보다 저온인 기온역전이 나타나 상공의 음속이 지표보다 빨라지고, 이 때문에 음파가 지표 쪽으로 굴절해 더 멀리까지 전파된다.
따라서 밤에 거리감쇠가 크다는 설명은 틀린 것으로, 실제로는 역전층의 굴절 효과로 거리감쇠가 작아져 소음이 원거리까지 전달되기 쉽다.
매질 간 이동 시 굴절이 일어난다는 것, 온도차에 의한 굴절은 온도가 낮은 쪽으로 휜다는 것, 음원보다 상공 풍속이 클 때 풍상측에서 상공으로 굴절한다는 것은 모두 옳은 설명이다.

소음은 대기 중에 쌓이지 않고 발생과 동시에 소멸하는 비축적성 공해이므로, 축적성이 커서 난청을 유발한다는 설명은 옳지 않다.
소음공해는 사람의 청각에 작용하는 감각공해이며, 발생원 주변에 국한되는 국소적·다발적 특성을 갖고, 방지대책을 적용해도 별도의 처리 잔재물이 남지 않는다.

공해진동에서 인체 영향이 큰 수직진동은 대체로 $4\sim 8\ \mathrm{Hz}$ 대역에서, 수평진동은 $1\sim 2\ \mathrm{Hz}$ 대역에서 크게 나타나며, 50Hz 이상에서 영향이 크다는 설명은 옳지 않다.
공해진동의 주파수 범위가 대략 1~90Hz라는 것, 사람에게 불쾌감을 주는 진동이라는 것, 진동레벨이 흔히 60~80dB 수준으로 나타난다는 것은 모두 옳은 설명이다.

음압레벨은 $SPL = 20\log_{10}\left(\dfrac{P}{P_0}\right)$로 정의되므로, 음압이 10배가 되면 $\Delta SPL = 20\log_{10}(10) = 20\ \mathrm{dB}$만큼 증가한다.
따라서 음압이 10배 증가할 때 음압레벨은 20dB 상승한다.

음향파워레벨은 $PWL = 10\log_{10}\left(\dfrac{W}{W_0}\right)$ (기준음향출력 $W_0 = 10^{-12}\ \mathrm{W}$)로 정의된다.
$100 = 10\log_{10}\left(\dfrac{W}{10^{-12}}\right)$에서 $\dfrac{W}{10^{-12}} = 10^{10}$이므로 $W = 10^{-2}\ \mathrm{W} = 0.01\ \mathrm{W}$가 된다.
따라서 이 음원의 음향출력은 0.01W이다.