[대기환경기사 필기] 26년 2회차 기출문제 정답·해설 페이지

정상상태 상자모델에서 풍하측 경계 농도는 C = Cb + qL/(uH)로 구하며, 계산하면 25 μg/m3이다.
먼저 단위면적당 배출률 q를 구한다.
$q=\dfrac{400\ \mathrm{g/s}}{(10{,}000\ \mathrm{m})^{2}}=4\times10^{-6}\ \mathrm{g/(m^{2}\cdot s)}=4\ \mu\mathrm{g/(m^{2}\cdot s)}$
혼합고 H까지 즉시 균일 혼합된다고 보면 상자의 질량수지는 유입량 + 배출량 = 유출량이므로
$uHC=uHC_b+qL\;\Rightarrow\;C=C_b+\dfrac{qL}{uH}$
$C=5+\dfrac{4\times10{,}000}{2.5\times800}=5+\dfrac{40{,}000}{2{,}000}=5+20=25\ \mu\mathrm{g/m^{3}}$
검산: 배출 기여분 20 μg/m3에 uH = 2.5 × 800 = 2,000 m2/s를 곱하면 40,000 μg/(m·s)로, qL = 4 × 10,000과 일치한다.
상자모델은 바람이 일정하고 오염물이 혼합층까지 즉시 균일하게 섞인다는 가정 위에 서므로, 풍속이나 혼합고가 절반이 되면 배출 기여 농도는 2배가 된다.

지표식물 짝이 잘못된 것은 황화수소와 사과를 연결한 항목이다.
사과는 황화수소의 지표식물로 쓰이지 않으며, 황화수소(H2S)에 민감한 지표식물로는 코스모스 등이 알려져 있다.
자주개나리(알팔파)는 아황산가스에 매우 민감한 대표적 지표식물이다.
담배는 잎에 반점이 생기는 증상으로 오존 피해의 지표가 된다.
글라디올러스는 잎끝이 마르는 증상으로 불소화합물 피해를 알리는 지표식물이다.

현행 환경정책기본법 시행령 [별표 1]의 초미세먼지(PM-2.5) 대기환경기준은 연간 평균치 15 μg/m3 이하, 24시간 평균치 35 μg/m3 이하이다. 연간 25·24시간 50 μg/m3는 2018년 강화 전의 종전 기준이므로 옳지 않다.
나머지는 PM-2.5의 특징과 영향을 바르게 설명한 것이다.
폐포 침착·혈류 이행: 2.5 μm 이하 입자는 상기도의 여과를 피해 폐 깊숙이 도달하며 호흡기 질환뿐 아니라 심혈관계 질환과의 관련이 깊다.
시정 악화: 0.1~1 μm 부근의 입자는 가시광선과 크기가 비슷해 미 산란(Mie scattering)이 가장 강하게 일어나므로 시정장애의 주원인이 된다.
장거리 이동: 침강속도가 작아 체류시간이 길고 월경성(越境性) 오염에 관여한다.

옳지 않은 것은 도노라 사건이 포자리카 사건 이후에 일어났다는 서술이다.
도노라 사건은 1948년, 포자리카 사건은 1950년에 발생하여 순서가 반대이며, 도노라가 아황산가스와 먼지 등 1차 오염물질에 의한 사건이라는 점은 맞다.
포자리카 사건이 황화수소 누출로 일어났다는 설명은 옳다.
카보닐황이 대류권에서 반응성이 낮아 안정하게 존재한다는 설명도 맞다.
대기 중 황화수소가 대부분 OH에 산화되어 아황산가스로 바뀐다는 설명도 옳다.

옳지 않은 것은 침강역전이 낮은 고도까지 하강하면 오염농도가 낮아진다는 서술이다.
역전층이 낮게 내려올수록 오염물질이 섞일 수 있는 혼합층 두께가 얇아져 같은 배출량에서도 지표농도는 오히려 높아진다.
고기압 중심에서 기층이 서서히 가라앉으며 단열압축으로 승온되어 생긴다는 설명은 옳다.
정체성 고기압 아래 넓은 지역에서 장기간 지속된다는 설명도 맞다.
로스앤젤레스 스모그와 밀접한 역전형태라는 설명도 옳다.

환상형 연기는 대기가 매우 불안정할 때 나타나며, 연기가 상하로 크게 요동쳐 굴뚝 가까운 지면에 국지적·일시적 고농도를 만들 수 있다.
맑은 날 낮에 일사가 강해 기온감률이 과단열 상태일 때 주로 발생한다.
바람이 약하고 대기가 안정할 때 생기는 것은 부채형이다.
복사역전이 발달하는 초저녁부터 이른 아침에 잘 나타나는 것도 부채형이다.
상층 침강역전과 하층 복사역전 사이에 연기가 갇히는 것은 구속형이다.

두 안정도에서의 풍속비는 약 0.35이다.
먼저 Deacon의 지수법칙은 $U = U_1\left(\dfrac{z}{z_1}\right)^{p}$ 인데, 높이비가 $100/10 = 10$ 으로 같으므로 두 조건의 비에는 지수 차이만 남아 $10^{0.15-0.60} = 10^{-0.45}$ 가 된다.
따라서 그 값은 약 0.35이며, 실제 풍속으로도 매우 불안정할 때 $3.0 \times 10^{0.15} \approx 4.24\,\mathrm{m/s}$, 안정할 때 $3.0 \times 10^{0.60} \approx 11.94\,\mathrm{m/s}$ 로 같은 비가 나온다.

지표면 중심축 농도는 1.1×10-5g/m3이다.
먼저 유효고도가 0인 지표배출원의 중심축 지표농도는 $C = \dfrac{Q}{\pi\,\sigma_y\,\sigma_z\,u}$ 로 구한다.
여기에 $Q = 3\,\mathrm{g/s}$, $\sigma_y = 190\,\mathrm{m}$, $\sigma_z = 65\,\mathrm{m}$, $u = 7\,\mathrm{m/s}$ 를 대입하면 $C = \dfrac{3}{\pi \times 190 \times 65 \times 7} \approx 1.10 \times 10^{-5}\,\mathrm{g/m^3}$ 이다.
풍하거리 3km는 확산계수를 정하기 위한 조건이므로, 확산계수가 이미 주어진 이상 계산식에 다시 들어가지 않는다.

1,000m당 약 6.0의 CoH가 된다.
먼저 빛전달률이 80%이므로 광학밀도는 $\log\dfrac{1}{0.8} \approx 0.0969$ 이고, CoH는 광학밀도 0.01을 1단위로 하므로 채취한 시료 전체로는 $0.0969 \div 0.01 \approx 9.69$ 이다.
한편 여과지를 통과한 공기의 길이는 $0.3\,\mathrm{m/s} \times 5{,}400\,\mathrm{s} = 1{,}620\,\mathrm{m}$ 이다.
따라서 1,000m 기준으로 환산하면 $\dfrac{9.69}{1{,}620} \times 1{,}000 \approx 6.0$ 이 된다.

가솔린기관의 특성과 거리가 먼 것은 압축비가 0.5~2 정도로 낮다는 서술이다.
가솔린기관은 점화플러그로 강제점화하므로 자기착화를 피하려고 압축비를 디젤기관보다 낮게 잡지만, 그래도 1보다 훨씬 큰 값이어서 0.5~2 같은 수치는 성립하지 않는다.
연료와 공기를 혼합해 흡입·압축한 뒤 점화플러그로 폭발시킨다는 설명은 옳다.
공회전 시 일산화탄소, 가속 시 질소산화물, 감속 시 탄화수소가 많아진다는 배출 특성도 맞다.
미리 혼합한 기체가 타므로 공연비가 시간적·공간적으로 거의 일정하다는 설명도 옳다.

유효고도를 약 29.3m 더 높여야 한다.
먼저 Sutton식에서 최대 지표농도는 유효고도의 제곱에 반비례하여 $C_{max} \propto \dfrac{1}{H_e^{2}}$ 이므로, 농도를 $\dfrac{1}{3}$ 로 낮추려면 유효고도를 $\sqrt{3}$ 배로 키워야 한다.
따라서 새 유효고도는 $40 \times \sqrt{3} \approx 69.3\,\mathrm{m}$ 이고, 증가시켜야 할 높이는 $69.3 - 40 \approx 29.3\,\mathrm{m}$ 이다.

북반구에서 대기 중 CO₂ 농도가 여름에 감소하고 겨울에 증가한다는 설명이 옳다. 북반구는 남반구보다 육지 비율이 높아 식생의 계절변화가 크며, 여름에 식물의 광합성으로 CO₂가 흡수되어 농도가 감소하고, 겨울에 호흡과 분해로 CO₂가 방출되어 농도가 증가하는 명백한 계절 변동을 보인다.
온실가스의 기여도는 지구온난화지수(GWP)로 비교하며, CH₄는 약 28~34, N₂O는 약 265~298의 GWP를 가지므로 CH₄가 N₂O보다 기여도가 낮다는 설명은 거짓이다.
SF₆의 GWP는 약 23,500으로 HFCs(약 124~4,470)보다 훨씬 크므로 SF₆의 GWP가 HFCs보다 작다는 설명도 거짓이다.
대기의 온실효과는 실제 온실과 달리 대류에 의한 열손실을 제한하지 않고 복사열을 흡수·재방출하는 메커니즘이므로 실제 온실의 보온작용과 같은 원리라는 설명은 거짓이다.

환산한 농도는 약 21.4ppm이다.
먼저 표준상태에서 기체 1kmol은 $22.4\,\mathrm{Sm^3}$ 를 차지하고 이산화질소의 분자량은 46이므로, 질량농도에 $\dfrac{22.4}{46}$ 를 곱하면 부피비 농도가 된다.
따라서 $44 \times \dfrac{22.4}{46} \approx 21.4\,\mathrm{ppm}$ 이다.

지표 중심축 농도는 약 2.36mg/m3이다.
먼저 유효고도가 0인 지상 점오염원의 중심축 지표농도는 $C = \dfrac{Q}{\pi\,\sigma_y\,\sigma_z\,u}$ 로 구한다.
대입하면 $C = \dfrac{10}{\pi \times 22.5 \times 12 \times 5} \approx 2.36 \times 10^{-3}\,\mathrm{g/m^3}$ 이므로, 따라서 2.36mg/m3이 된다.

옳지 않은 것은 냄새물질의 탄소수가 고분자일수록 관능기 특유의 냄새가 강하다는 서술이다.
탄소수가 적은 저분자일수록 관능기 고유의 자극적인 냄새가 강하고, 탄소수가 늘면 자극은 약해지면서 대체로 탄소수 8~13 부근에서 향기가 가장 강해진다.
냄새물질이 되려면 친유성기와 친수성기를 함께 가져야 한다는 설명은 옳다.
저분자일수록 휘발성이 높다는 설명도 맞다.
분자 내 수산기가 하나일 때 가장 강하고 수가 늘면 약해져 무취에 이른다는 설명도 옳다.

총량관리사업자가 총량관리대상 오염물질을 연간 배출허용총량을 초과하여 배출하면 기후에너지환경부장관은 초과배출량의 2배의 범위에서 다음 연도의 배출허용총량을 줄일 수 있다(법 제21조 제2항).
나머지는 법 조문과 다르다.
사업장 총량관리대상 오염물질은 질소산화물·황산화물·먼지이다(법 제9조 제2항 제8호). 휘발성유기화합물은 기본계획의 저감 대상 오염물질에는 들어가지만 사업장 총량관리 대상은 아니다.
배출허용총량은 기본계획의 할당기준에 따라 5년마다 연도별로 구분하여 할당한다(법 제17조 제1항).
총량초과과징금을 부과할 때 대기환경보전법 제35조에 따른 배출부과금이 부과된 경우에는 그에 해당하는 금액을 감액하여야 한다(법 제22조 제2항).

환경정책기본법 시행령 [별표 1]의 아황산가스(SO2) 대기환경기준은 연간 평균치 0.02 ppm 이하, 24시간 평균치 0.05 ppm 이하, 1시간 평균치 0.15 ppm 이하이므로 24시간 평균치 기준은 0.05 ppm 이하이다.
0.02 ppm은 SO2의 연간 평균치, 0.03 ppm은 이산화질소(NO2)의 연간 평균치 기준으로 혼동하기 쉽다.
별표의 비고에 따라 24시간 평균치는 99백분위수의 값이, 1시간 평균치는 999천분위수의 값이 그 기준을 초과해서는 안 된다.

알루미늄이 알루미늄-펙틴 화합물을 만들어 흡수를 방해하는 대상은 콜레스테롤이 아니라 인(P)이므로, 콜레스테롤의 흡수를 방해한다는 서술이 옳지 않다.
알루미늄은 장관 안에서 인산과 결합해 잘 녹지 않는 화합물을 만들어 인의 체내 흡수를 떨어뜨리고, 에피네프린에 의해 유도되는 평활근 수축을 방해하여 위장관 운동을 느리게 한다.
탈리움의 수용성 염은 위장관ㆍ피부ㆍ호흡기로 쉽게 흡수되는 반면 장관과 신장을 통한 배설은 비교적 느리다.
셀레늄에 만성적으로 기중 폭로되면 결막염이 생기며 이를 로즈아이(Rose Eye)라 부른다.
바나듐은 콜레스테롤ㆍ인지질의 합성을 저해하여 폭로된 사람의 혈장 콜레스테롤치를 낮춘다.

발전소의 발전설비처럼 조업정지가 국민경제에 현저한 지장을 줄 우려가 있어 조업정지처분을 갈음해 과징금을 부과하는 경우, 3종사업장의 조업정지 1일당 부과금액은 300만원이다.
대기환경보전법령의 과징금 산정기준은 조업정지 1일당 기준금액에 사업장 규모(1종~5종)별 부과계수를 곱해 정한다. 3종사업장은 부과계수가 1.0이어서 기준금액 300만원이 그대로 적용되고, 규모가 큰 1·2종사업장일수록 계수가 커져 1일당 금액이 늘어난다.

온위는 약 294K이다.
먼저 온위는 $\theta = T\left(\dfrac{1000}{P}\right)^{\frac{k-1}{k}}$ 로 구하며, 비열비가 1.4이므로 지수는 $\dfrac{0.4}{1.4} \approx 0.286$ 이다.
절대온도 $T = 5 + 273 = 278\,\mathrm{K}$ 와 $P = 820\,\mathrm{mb}$ 를 대입하면 $\theta = 278 \times \left(\dfrac{1000}{820}\right)^{0.286} \approx 278 \times 1.058 \approx 294\,\mathrm{K}$ 가 된다.

배출가스에 CO가 없으므로 공기비는 $m = \dfrac{\mathrm{N_2}}{\mathrm{N_2} - 3.76\,\mathrm{O_2}}$ 로 구한다.
질소는 $\mathrm{N_2} = 100 - 11.9 - 7.1 = 81.0\%$ 이므로
$m = \dfrac{81.0}{81.0 - 3.76 \times 7.1} = \dfrac{81.0}{54.3} \approx 1.5$

시간당 필요한 이론공기량은 약 980Sm3이다.
먼저 연료 사용량은 $100\,\mathrm{L/hr} \times 0.95 = 95\,\mathrm{kg/hr}$ 이고, 중량조성에서 이론공기량은 $A_o = 8.89\mathrm{C} + 26.67\left(\mathrm{H} - \dfrac{\mathrm{O}}{8}\right) + 3.33\mathrm{S}$ 로 구한다.
대입하면 $A_o = 8.89(0.82) + 26.67\left(0.11 - \dfrac{0.015}{8}\right) + 3.33(0.03) \approx 10.27\,\mathrm{Sm^3/kg}$ 이다.
따라서 시간당 필요량은 $10.27 \times 95 \approx 976\,\mathrm{Sm^3/hr}$ 로 약 980Sm3 수준이 된다.

탄화도가 높아질수록 휘발분이 줄어 불이 붙고 번지기 어려워지므로 연소속도는 오히려 느려진다.
나머지는 탄화도 증가의 전형적인 결과다 — 수분ㆍ휘발분과 산소량이 줄고 고정탄소가 늘면서 발열량이 커지고 착화온도와 비중은 높아진다.

혼합가스에서 에탄과 프로판의 몰비는 2:3이다.
먼저 프로판은 완전연소 때 1몰당 이산화탄소 3몰을, 에탄은 2몰을 내므로 프로판 부피를 $x$, 에탄 부피를 $y$ 라 하면 $x + y = 1$ 과 $3x + 2y = 2.6$ 이 성립한다.
두 식을 풀면 $x = 0.6$, $y = 0.4$ 이므로, 따라서 에탄 대 프로판의 비는 $0.4 : 0.6 = 2 : 3$ 이다.

이상식 화격자는 건조ㆍ연소ㆍ후연소의 각 화격자를 계단상으로 배치한 것이지 수평인 일직선상으로 배치한 것이 아니다.
나머지 설명은 옳다.
부채형 반전식은 반전 동작으로 교반력이 커서 저질쓰레기 소각에 적합하다.
역동식은 교반과 연소조건이 좋아 소각효율이 높은 대신 화격자 마모가 크다.
병렬 요동식은 이송력이 강해 화격자 눈메임이 적은 반면 낙진량이 많고 냉각작용이 부족하다.

활성화에너지는 약 33kJ/mol이다.
먼저 아레니우스식을 두 온도에 적용하면 $\ln\dfrac{k_2}{k_1} = \dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T_1} - \dfrac{1}{T_2}\right)$ 이고, 속도상수의 비는 $\dfrac{0.05}{0.001} = 50$ 이다.
절대온도는 각각 273K와 373K이므로 $E_a = \dfrac{8.314 \times \ln 50}{\dfrac{1}{273} - \dfrac{1}{373}} \approx \dfrac{8.314 \times 3.91}{9.82 \times 10^{-4}}$ 이다.
따라서 $E_a \approx 3.3 \times 10^{4}\,\mathrm{J/mol}$, 즉 약 33kJ/mol이 된다.

탄화도가 커질수록 수분과 휘발분이 빠지고 고정탄소가 늘어 발열량·착화온도·연료비가 커지는 반면, 비열과 휘발분·매연 발생량은 줄어든다.
따라서 감소하는 것은 비열이다.

옳지 않은 것은 고위·저위 발열량이 측정위치에 따라 구분된다는 서술이다.
두 발열량의 차이는 연소가스에 들어 있는 수증기의 증발잠열을 포함하는지 여부이며, 포함하면 고위 발열량, 빼면 저위 발열량이다.
단위질량의 연료가 완전연소한 뒤 처음 온도까지 냉각될 때 내는 열량이라는 정의는 옳다.
증발잠열은 회수하기 어려워 저위 발열량을 주로 쓴다는 설명도 맞다.
고체연료는 kcal/kg, 기체연료는 kcal/Sm3를 쓴다는 단위 설명도 옳다.

옳지 않은 것은 비열이 반응조건과 무관하게 일정하며 이상기체의 정압비열과 정적비열이 같다는 서술이다.
이상기체에서도 정압비열과 정적비열은 기체상수만큼 차이가 나고 비열 자체도 온도에 따라 변하므로, 연소계산에서 늘 상수로 둘 수는 없다.
물 1g을 1℃ 올리는 데 1cal가 들어 다른 물질보다 비열이 큰 편이라는 점과, 단열화염온도 산출에 필요한 열역학적 성질이라는 점은 모두 옳다.

실제 습배출가스량은 약 13.9Sm3/kg이다.
먼저 이론공기량은 $A_o = 8.89(0.85) + 26.67\left(0.10 - \dfrac{0.02}{8}\right) + 3.33(0.02) \approx 10.22\,\mathrm{Sm^3/kg}$ 이다.
실제 습연소가스량은 $G = (m - 0.21)A_o + 1.867\mathrm{C} + 11.2\mathrm{H} + 0.7\mathrm{S} + 0.8\mathrm{N}$ 이므로, 공기비 1.3을 넣으면 $G = (1.3 - 0.21)(10.22) + 1.867(0.85) + 11.2(0.10) + 0.7(0.02) + 0.8(0.01)$ 이 된다.
따라서 $G \approx 11.14 + 2.73 \approx 13.9\,\mathrm{Sm^3/kg}$ 이다.

고발열량에서 연소로 생긴 수증기의 잠열을 빼면 저발열량이다.
$H_l = H_h - 600(9\mathrm{H} + W)$
수소 13%, 수분 0.7%를 대입하면
$H_l = 5000 - 600(9 \times 0.13 + 0.007) = 5000 - 706.2 = 4294\,\mathrm{kcal/kg}$
수소 1kg이 타면 물 9kg이 생기므로 수소분에 9를 곱하는 것을 놓치지 않아야 한다.

역화 위험이 가장 큰 방법은 예혼합연소이다.
연료와 공기를 미리 섞어 보내므로 공급되는 혼합기 자체가 가연범위에 있어, 분출속도가 연소속도보다 느려지면 화염이 버너 안쪽으로 거슬러 들어간다.
확산연소는 연료와 공기가 버너 출구에서 만나 타므로 역화 위험이 거의 없다.
부분예혼합연소는 일부만 미리 섞으므로 역화 위험이 상대적으로 작다.
난류연소는 화염 내 흐름 상태를 가리키는 구분이어서 역화 위험이 가장 큰 방식으로 보기 어렵다.

연소효율은 약 85%이다.
먼저 저위발열량은 $H_l = H_h - 600(9\mathrm{H} + W)$ 이므로 $H_l = 10{,}000 - 600(9 \times 0.12 + 0.01) = 9{,}346\,\mathrm{kcal/kg}$ 이다.
연소효율은 저위발열량에서 불완전연소 손실열량을 뺀 몫이므로 $\eta = \dfrac{9{,}346 - 1{,}400}{9{,}346} \approx 0.850$ 이다.
따라서 연소효율은 약 85%가 된다.

미분탄 연소는 석탄을 잘게 갈아 공기와 함께 불어 넣는 방식이라 부하변동 적응이 좋고 대형ㆍ대용량 설비에 적합하다. 설명이 반대로 되어 있다.
나머지는 미분탄 연소의 특징이다 — 분쇄설비 탓에 설비비ㆍ유지비가 크고 재의 비산이 많아 집진장치가 필요하며, 연소제어가 쉽고 점화ㆍ소화 손실이 적고, 스토커에 맞지 않는 점결탄ㆍ저발열량탄도 쓸 수 있다.

옳지 않은 것은 코크스가 석탄보다 화력이 약하고 매연이 잘 생긴다는 서술이다.
코크스는 건류 과정에서 휘발분이 대부분 빠져나가 매연이 거의 나지 않고 고정탄소가 많아 화력이 강하다.
갈탄이 휘발분이 많아 착화성이 좋고 착화온도가 낮은 편이라는 설명은 옳다.
아탄이 발열량이 낮고 수분이 많아 유효 이용열량이 적다는 설명도 맞다.
저온 건류로 얻는 반성코크스에 휘발분이 남아 착화성이 좋다는 설명도 옳다.

필요한 이론공기량은 50Sm3이다.
먼저 메탄올의 완전연소는 $\mathrm{CH_3OH} + 1.5\,\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\mathrm{H_2O}$ 이고 분자량이 32이므로, 10kg은 $\dfrac{10}{32} = 0.3125\,\mathrm{kmol}$ 이다.
이때 필요한 산소는 $0.3125 \times 1.5 \times 22.4 = 10.5\,\mathrm{Sm^3}$ 이고, 따라서 공기 중 산소가 21%이므로 $\dfrac{10.5}{0.21} = 50\,\mathrm{Sm^3}$ 이 된다.

CO의 완전연소식 $\mathrm{CO}+\tfrac{1}{2}\mathrm{O_2}\to\mathrm{CO_2}$에서 이론공기량은
$A_o=\dfrac{0.5}{0.21}=2.381\,\mathrm{Sm^3/Sm^3}$
수증기가 생기지 않으므로 연소가스는 CO2 1과 질소 $2.381\times0.79=1.881$의 합이고,
$(\mathrm{CO_2})_{max}=\dfrac{1}{1+1.881}\times100=34.7\%$
따라서 최대치는 약 34.7%다.

가장 거리가 먼 것은 포트형과 버너형을 예혼합연소의 종류로 든 서술이다.
포트형과 버너형은 확산연소를 형태에 따라 나눈 구분이다.
확산연소는 연료와 공기가 만나면서 타므로 화염이 길고 그을음이 생기기 쉽다는 설명은 옳다.
예혼합연소가 화염온도가 높아 연소부하가 큰 경우에 쓰인다는 설명도 맞다.
혼합기의 분출속도가 느리면 역화 위험이 있다는 설명도 옳다.

옳지 않은 것은 예혼합연소에 역화의 위험이 없다는 서술이다.
예혼합연소는 이미 가연상태의 혼합기가 공급되므로 기체연료 연소방식 중 역화 위험이 가장 큰 방식이며, 그래서 분출속도 관리가 중요하다.
연소기 내부에서 혼합비가 변하지 않아 균일하게 연소한다는 설명은 옳다.
화염온도가 높아 연소부하가 큰 경우에 사용할 수 있다는 설명도 맞다.
연소조절이 쉽고 화염길이가 짧다는 특징도 옳다.

해당하는 것은 유압분무식 버너이다.
연료 자체에 압력을 걸어 노즐로 분무하므로 분무각이 40~90°로 큰 대신, 유량을 줄이면 분무압도 함께 떨어져 유량조절 범위가 좁아 부하변동에 대응하기 어렵다.
저압공기식과 고압공기식 버너는 공기나 증기로 분무해 유량조절 범위가 상대적으로 넓다.
회전식 버너는 고속으로 도는 컵으로 분무하는 방식이어서 분무·조절 특성이 다르다.

라돈(Rn-222)은 토양·암석 중 우라늄 붕괴계열(라듐)에서 생기는 무색·무취의 방사성 기체로, 공기보다 훨씬 무거워 토양과 접한 지하층·저층에서 농도가 높고 환기가 부족한 겨울철에 축적된다. 따라서 공기보다 가벼워 고층에서 농도가 높다는 설명은 옳지 않다.
나머지는 실내공기오염물질의 특징을 바르게 설명한 것이다.
폼알데하이드는 요소수지 접착제를 쓴 합판·가구 등에서 방출되며 온도·습도가 높을수록 방출량이 증가하므로 여름철과 신축 건물에서 농도가 높다.
휘발성유기화합물은 건축자재와 생활용품에서 방출되어 신축 초기에 높고 시간이 지나며 감소하므로, 입주 전에 실내 온도를 올려 미리 배출시키는 베이크아웃(bake-out)이 활용된다.
이산화탄소는 독성이 낮으나 재실자 수와 환기량에 따라 농도가 변하므로 환기 지표로 쓰인다.

해당하는 것은 분무탑(Spray Tower)이다.
탑 안에 세정액을 노즐로 뿌려 액적과 접촉시키는 단순한 구조여서 가스의 압력손실은 작지만, 액을 미세하게 분무하는 데 상당한 동력이 든다.
벤투리 스크러버는 목부에서 가스를 고속으로 통과시키므로 압력손실이 훨씬 크다.
사이클론 스크러버는 선회류를 이용해 가스 속도가 훨씬 높다.
충전탑은 충전물을 채운 구조여서 압력손실이 이보다 크다.

가로 $a$, 세로 $b$ 인 장방형 굴뚝의 상당직경은 $\dfrac{2ab}{a+b}$ 로 나타낸다.
상당직경은 단면적의 4배를 젖음둘레로 나눈 값으로 정의된다. 장방형은 $A=ab$, $P=2(a+b)$ 이므로 $D_e=\dfrac{4A}{P}=\dfrac{4ab}{2(a+b)}=\dfrac{2ab}{a+b}$ 가 되어, 분자에 $2ab$ 가 오고 분모에 $a+b$ 가 오는 형태만 이 정의를 만족한다.
정사각형($a=b$)에 넣어 검산하면 $D_e=\dfrac{2a^2}{2a}=a$ 로 한 변의 길이와 같아져, 원형 굴뚝의 직경에 대응하는 값이라는 의미와도 맞는다.
나머지 식은 정의와 어긋난다.
두 변의 합을 $2ab$ 로 나눈 식은 상당직경의 역수 꼴이어서 길이 차원이 되지 않는다.
두 변의 곱에 제곱근을 씌운 기하평균은 단면적만 대표할 뿐 둘레 정보를 담지 못한다.
두 변의 산술평균은 정사각형일 때만 우연히 값이 맞고 한쪽이 긴 장방형에서는 실제보다 큰 값을 준다.

선택적촉매환원(SCR)은 요소수(urea)가 분해되어 생긴 암모니아를 환원제로 써서 촉매 위에서 NOx를 N2와 H2O로 환원하는 장치로, 산소 과잉(희박) 조건에서도 작동하기 때문에 경유차의 NOx 저감에 널리 쓰인다.
$4\mathrm{NO}+4\mathrm{NH_{3}}+\mathrm{O_{2}}\rightarrow 4\mathrm{N_{2}}+6\mathrm{H_{2}O}$
이론공연비 부근에서만 CO·HC·NOx를 동시에 처리할 수 있는 것은 휘발유차의 삼원촉매이므로, SCR을 경유차에 적용할 수 없다는 설명은 옳지 않다.
나머지는 경유차 저감장치의 특징을 바르게 설명한 것이다.
DOC는 백금·팔라듐 촉매로 CO·HC·SOF를 산화시키며, 생성된 NO2가 DPF에 쌓인 매연을 낮은 온도에서 산화시켜 수동재생을 돕는다.
EGR은 화염온도와 산소농도를 낮춰 열적 NOx 생성을 억제하나, 과도하면 PM·CO가 늘어나므로 DPF 등과 조합하여 쓴다.
DPF는 세라믹 필터에 PM을 포집하고 압력손실이 커지면 후분사 등으로 배기온도를 높여(약 600 ℃) 매연을 태우는 능동재생을 수행한다.

가장 거리가 먼 것은 흡수액의 어는점이 높아야 한다는 조건이다.
어는점이 높으면 저온에서 쉽게 얼어 조업에 지장을 주므로, 흡수액은 어는점이 낮을수록 유리하다.
휘발성이 낮아야 흡수액 손실과 2차 오염을 줄일 수 있다.
점도가 낮아야 액의 순환과 가스와의 접촉이 원활하다.
대상 가스에 대한 용해도가 커야 흡수 성능이 높아진다.

해당하는 방법은 직접탈황법이다.
중유를 촉매층에 직접 통과시키면서 고온·고압에서 수소첨가 반응을 일으켜 황분을 황화수소 등의 형태로 떼어내는 방식이다.
흡착탈황법은 촉매 수소화가 아니라 고체 흡착제에 황화합물을 붙잡아 제거한다.
산화탈황법은 황을 산화시켜 제거하는 방식이라 수소첨가 조건과 맞지 않는다.

필요한 소요동력은 약 4.1kW이다.
먼저 송풍기 상사법칙에서 크기와 유체 밀도가 같으면 동력은 풍량의 세제곱에 비례하여 $\dfrac{P_2}{P_1} = \left(\dfrac{Q_2}{Q_1}\right)^{3}$ 이다.
대입하면 $P_2 = 1.2 \times \left(\dfrac{30}{20}\right)^{3} = 1.2 \times 3.375 \approx 4.05\,\mathrm{kW}$ 이므로, 따라서 약 4.1kW가 필요하다.

바르게 나타낸 것은 점도가 흐를 때 마찰저항을 일으킨다는 설명이다.
점도는 유체 내부의 전단저항을 나타내는 성질이므로, 유체가 흐를 때 층 사이의 마찰로 드러난다.
온도가 올라가면 분자 간 응집력이 약해져 액체의 점도는 대개 감소한다.
온도가 내려가면 분자운동이 둔해져 기체의 점도도 감소한다.
기체의 점도를 지배하는 것은 분자 간 응력이 아니라 분자의 운동량 전달이다.

필요한 담체층 부피는 처리가스량에 공탑체류시간을 곱해 구하고, 이를 충전높이로 나누면 면적이 된다. 계산 결과 50 m2이다.
처리가스량을 초 단위로 환산한다.
$Q=\dfrac{3{,}600\ \mathrm{m^{3}/h}}{3{,}600\ \mathrm{s/h}}=1.0\ \mathrm{m^{3}/s}$
공탑체류시간의 정의 $\mathrm{EBRT}=\dfrac{V}{Q}$에서 담체층 부피는
$V=Q\times\mathrm{EBRT}=1.0\times40=40\ \mathrm{m^{3}}$
충전높이 0.8 m로 나누면
$A=\dfrac{V}{h}=\dfrac{40}{0.8}=50\ \mathrm{m^{2}}$
검산: 50 m2 × 0.8 m = 40 m3, 40 m3 ÷ 1.0 m3/s = 40 s로 설계 EBRT와 일치한다. 생물탈취법은 담체 표면의 미생물이 악취물질을 분해하므로 충분한 체류시간과 담체의 수분·pH 유지가 성능을 좌우한다.

이 여과집진장치의 집진효율은 약 99.87%이다.
입구와 출구의 가스량이 다르므로 농도가 아니라 먼지의 질량유량으로 비교해야 하며, 입구는 $35.8 \times 4.56 \approx 163.2\,\mathrm{g/hr}$ 이다.
출구는 가스량이 $0.71\,\mathrm{Sm^3/min} \times 60 = 42.6\,\mathrm{Sm^3/hr}$ 이므로 $42.6 \times 5\,\mathrm{mg/Sm^3} = 213\,\mathrm{mg/hr} = 0.213\,\mathrm{g/hr}$ 이다.
따라서 $\eta = \left(1 - \dfrac{0.213}{163.2}\right) \times 100 \approx 99.87\%$ 이다.

유입되는 먼지농도는 12.5g/m3이다.
먼저 집진효율 98%와 농도의 관계는 $C_{out} = C_{in}(1-\eta)$ 이므로, 유입농도는 $C_{in} = \dfrac{C_{out}}{1-\eta}$ 로 구한다.
따라서 $C_{in} = \dfrac{0.25}{1 - 0.98} = 12.5\,\mathrm{g/m^3}$ 이 된다.

거리가 먼 것은 밴드를 가급적 90°로 한다는 서술이다.
급격한 90° 굽힘은 압력손실과 마모를 키우므로, 곡률반경을 크게 잡아 가능한 한 완만하게 구부려야 한다.
먼지가 쌓이지 않도록 하향구배를 두라는 원칙은 옳다.
구부러짐 전후에 청소구를 두라는 원칙도 맞다.
압력손실을 줄이기 위해 밴드 수를 되도록 줄이라는 원칙도 옳다.

역전리는 집진극에 쌓인 먼지층의 비저항이 너무 높아 전하가 빠져나가지 못하고 먼지층 내부에서 절연파괴가 일어나는 현상이다. 미분탄 연소나 배기가스 점성이 큰 경우처럼 고비저항 먼지가 쌓일 때 잘 생긴다.
입구 유속이 크면 집진된 먼지가 다시 날리는 재비산이 문제가 되지, 역전리의 원인은 아니다.

웨버-페히너 법칙에서 두 측정값으로 상수를 구하면 k = 2.0, b = 3.0이고, 악취강도 1.0에 해당하는 농도는 0.1 ppm이므로 필요한 제거율은 99 %이다.
상수 결정
$5.0 = k\log 10 + b = k + b$
$3.0 = k\log 1 + b = b$
따라서 $b = 3.0,\ k = 2.0$
목표 농도와 제거율
$1.0 = 2.0\log C + 3.0 \;\Rightarrow\; \log C = -1 \;\Rightarrow\; C = 0.1\ \mathrm{ppm}$
$\eta = \dfrac{10 - 0.1}{10}\times 100 = 99\ \%$
검산: $I = 2.0\log 0.1 + 3.0 = -2.0 + 3.0 = 1.0$으로 일치한다. 농도를 90 % 제거해도(10→1 ppm) 강도는 5.0→3.0으로 2단계만 낮아지므로, 악취는 농도의 대수(log)에 비례하여 감지되며 고효율 처리가 필요하다.

SCR 촉매는 대략 200~400 ℃의 온도 범위에서 활성을 나타내므로, 촉매온도가 낮은 냉간시동 직후에는 오히려 NOx 전환율이 가장 낮다. 저온에서는 요소수의 가수분해도 불완전해 암모니아 공급이 부족해지므로 "온도가 낮을수록 전환율이 높다"는 설명은 옳지 않다.
요소수는 배기관에서 열분해·가수분해되어 $\mathrm{(NH_2)_2CO + H_2O \rightarrow 2NH_3 + CO_2}$로 암모니아를 만들고, 이 암모니아가 촉매 위에서 $\mathrm{4NO + 4NH_3 + O_2 \rightarrow 4N_2 + 6H_2O}$로 NOx를 환원한다.
DPF는 포집된 매연을 연료 후분사 등으로 550 ℃ 이상에서 태우는 강제(능동)재생과, DOC에서 생성된 NO₂로 250~400 ℃에서 산화시키는 자연(수동)재생을 함께 이용한다.
DOC는 CO·HC·SOF를 산화시키고 NO를 NO₂로 전환해 DPF 자연재생을 돕는다.
EGR은 연소온도를 낮춰 열적 NOx를 억제하지만 산소 부족으로 입자상물질은 증가하는 상충(trade-off) 관계가 있다.

사이클론의 집진은 선회류가 만드는 원심력에 의존하고, 원심력은 유입속도의 제곱에 비례한다. 그래서 조업변수 중 유입가스 속도가 집진효율을 좌우하는 가장 중요한 변수다.
다만 속도를 지나치게 높이면 압력손실이 급증하고 포집된 먼지가 다시 날리는 재비산이 생겨 효율이 오히려 떨어지므로 적정 유입속도가 존재한다.

옳지 않은 것은 목부의 처리가스속도가 20~30m/sec 정도라는 서술이다.
벤투리 스크러버는 목부에서 가스를 60~90m/sec의 고속으로 통과시켜 세정액을 미세한 액적으로 부수고 관성충돌로 먼지를 잡는다.
먼지부하와 가스유동 변화에 민감하다는 설명은 옳다.
친수성이 아닌 미세입자에서는 액가스비를 크게 잡아야 한다는 설명도 맞다.

가장 적합한 것은 충전탑이다.
충전물 표면에 흡수액을 흘려 접촉시키는 액분산형 장치여서 가스량 변동에 비교적 잘 견디지만, 흡수액에 고형분이 섞이면 충전층에 침전물이 끼어 흡수를 방해받는다.
다공판탑은 판 위에 액층을 유지하는 가스분산형이어서 작동 조건 변화에 더 민감하다.
제트 스크러버는 세정액 분사로 가스를 빨아들이는 방식이라 동력 소비가 크다.
벤츄리 스크러버는 목부 고속류를 쓰므로 압력손실이 훨씬 크다.

활성탄은 표면이 무극성인 물리흡착제라 분자량이 크고 비극성인 유기 악취물질을 잘 붙잡는다. 페놀·스타이렌·에틸머캅탄이 여기에 해당한다.
반면 암모니아는 분자량이 17로 매우 작고 극성·친수성이어서 활성탄 흡착 효과가 거의 없다. 산 세정이나 약품을 첨착한 활성탄으로 처리해야 한다.

옳지 않은 것은 Hold-up을 단위면적당 충전제의 양이라고 한 서술이다.
Hold-up은 충전층 내부에 머물러 있는 액의 양을 뜻한다.
충전물을 불규칙하게 채우면 접촉면적은 커지지만 압력손실도 커진다는 설명은 옳다.
흡수액에 고형물이 있으면 침전물이 생겨 방해를 받는다는 설명도 맞다.
가스속도를 높일 때 나타나는 첫 번째 파과점을 Loading Point라 한다는 설명도 옳다.

옳은 것은 따로 규정이 없으면 시험을 상온에서 조작하고 그 결과를 관찰한다는 설명이다.
온도 용어는 상온 15~25℃, 실온 1~35℃로 정하고, 찬 곳은 따로 규정이 없는 한 0~15℃의 곳을 뜻한다.
찬 곳을 4℃ 이하로 한정한 설명은 규정과 맞지 않는다.
'냉후'는 보온 또는 가열 후 실온까지 냉각된 상태를 말한다.
냉수는 15℃ 이하, 온수는 60~70℃, 열수는 약 100℃여서 제시된 값과 다르다.

측정점 수는 20개이다.
먼저 원형굴뚝의 측정점은 직경을 기준으로 정하는데, 반경이 4.0m이므로 직경은 $2 \times 4.0 = 8.0\,\mathrm{m}$ 이다.
직경이 4.5m를 넘으면 반경 구분수를 5로 잡고 구분마다 4점씩 측정하므로, 따라서 측정점은 20개가 된다.

연결이 맞지 않는 것은 헤미셀룰로스 섬유제 여과지를 250℃ 이하에서 쓴다는 항목이다.
배출가스 시료채취에 쓰는 여과지에는 헤미셀룰로스 섬유제라는 종류 자체가 없으며, 나머지 세 조합은 각 재질의 내열 한계와 그대로 맞는다.
셀룰로스 섬유제를 120℃ 이하에서 쓴다는 연결은 옳다.
유리 섬유제를 500℃ 이하에서 쓴다는 연결도 맞다.
석영 섬유제를 1000℃ 이하에서 쓴다는 연결도 옳다.

흡광차분광법에 쓰는 광원은 180~2850nm 파장의 제논램프이다.
제논램프는 자외선부터 근적외선까지 연속 스펙트럼을 내므로, 여러 물질의 흡수 스펙트럼 차이를 한 번에 해석하는 이 방법에 적합하다.
중공음극램프는 선스펙트럼을 내는 원자흡수분광광도법용 광원이다.
텅스텐램프는 가시·근적외 영역에 치우쳐 자외선 영역이 부족하다.
음이온램프는 이 분석의 광원으로 쓰이지 않는다.

염화수소 분석방법으로 거리가 먼 것은 가스크로마토그래프법이다.
염화수소는 물에 매우 잘 녹으므로 흡수액에 잡아 염화물 이온 상태로 정량하는 방법들이 규정되어 있다.
질산은 적정법은 흡수액 속 염화물 이온을 적정으로 정량한다.
이온크로마토그래프법은 흡수액의 염화물 이온을 분리해 정량한다.
이온전극법은 염화물 이온 선택성 전극으로 농도를 측정한다.

시료채취 시간은 24시간을 원칙으로 한다.
환경대기 중 납은 농도가 매우 낮아 분석에 필요한 양을 모으려면 많은 공기를 통과시켜야 하므로, 고용량 공기시료채취기로 하루 동안 연속 채취해 일평균 농도를 구한다.

자외선 가시선 분광법이 아닌 것은 질산토륨-네오트린법이다.
이 방법은 흡광도를 재는 대신 적정(용량법)으로 불소화합물을 정량하는 방식이다.
피리딘 피라졸론법은 발색시킨 뒤 흡광도를 재는 분광법이다.
란탄-알리자린 콤플렉손법도 생성된 착화합물의 흡광도를 측정한다.
4-아미노안티피린법 역시 발색 후 흡광도로 정량하는 분광법이다.

램버어트-비어 법칙은 빛이 시료층을 지나며 지수적으로 감쇠한다는 것으로 $I_t = I_0\cdot 10^{-\varepsilon C \ell}$로 쓴다.
감쇠하는 쪽은 입사광이 아니라 투사광 $I_t$ 이므로 지수항은 $I_0$에 곱해진다. 이를 정리하면 흡광도는 $A=\log\dfrac{I_0}{I_t}=\varepsilon C\ell$이 되어 농도에 비례한다.

옳지 않은 것은 90% 응답시간을 5분 이하로 든 서술이다.
비분산 적외선 분석계의 응답시간은 이보다 훨씬 짧아, 지시치가 스팬가스 농도의 90%에 이르기까지 1분 이내여야 한다.
측정눈금 범위를 0-50ppm 또는 0-100ppm으로 한다는 기준은 옳다.
제로가스와 스팬가스를 번갈아 도입해 구한 편차가 최대눈금치의 ±2% 이내여야 한다는 재현성 기준도 맞다.
스팬가스를 흘렸을 때 지시 변동이 최대눈금치의 ±2% 이내여야 한다는 기준도 옳다.

복광속 비분산적외선 분석계의 광학계는 광원 → 회전섹터 → 광학필터 → 시료셀 → 검출기 → 증폭기 → 지시계 순으로 배열된다.
회전섹터는 광원의 빛을 시료셀과 비교셀로 번갈아 보내며 끊어 주는 장치이고, 광학필터는 측정 대상 이외 성분의 흡수 파장을 걸러 간섭을 줄인다.

맞는 것은 액성표시를 따로 규정이 없는 한 유리전극법 pH 미터로 측정한 값으로 본다는 설명이다.
나머지는 규정된 값과 어긋난다. '즉시'는 30초 이내의 조작을, '감압 또는 진공'은 15mmHg 이하를, '정확히 단다'는 분석용 저울로 0.1mg까지 다는 것을 뜻한다.

제로가스는 측정기의 영점(0점)을 교정하기 위한 가스로, 측정성분인 아황산가스를 실질적으로 함유하지 않는 정제공기나 질소를 쓴다.
보기처럼 표준시험기관이 농도를 보증한 가스는 오히려 교정가스(스팬가스)에 해당하는 설명이므로 제로가스의 정의로는 맞지 않는다.
나머지는 맞다. 교정가스는 최대 눈금치의 약 50%와 90% 농도로 준비하며 그중 90%짜리를 스팬가스라 하고, 보정은 참값에 가깝게 하기 위해 판독값이나 계산값에 어떤 값을 가감하는 것이다.

옳지 않은 것은 가스크로마토그래프법에서 열전도도검출기를 쓴다는 서술이다.
이황화탄소는 황화합물이므로 황에 선택적으로 감응하는 불꽃광도검출기를 갖춘 가스크로마토그래프로 정량한다.
흡광광도법이 시료 10L 채취 시 일정 농도 범위의 분석에 적합하다는 설명은 옳다.
디에틸아민동 용액에 흡수시켜 생긴 착화합물의 흡광도를 435nm에서 측정한다는 설명도 맞다.
황화합물 대부분이 이황화탄소이면 분리관 없는 불꽃광도 연속분석계를 쓸 수 있다는 설명도 옳다.

가장 거리가 먼 것은 써프렛서이다.
써프렛서는 용리액의 전기전도도를 낮춰 검출 감도를 높이는 이온크로마토그래프의 장치로, 빛의 흡수를 이용하는 흡광차분광법과는 관계가 없다.
분광기는 빛을 파장별로 나누는 핵심 구성이다.
검지부는 파장별 빛의 세기를 전기신호로 바꾸는 부분이다.
샘플채취부는 측정 대상 대기를 분석부로 끌어들이는 부분이다.

미광(stray light)은 측정하려는 파장 외의 빛이 섞여 들어오는 현상으로, 특정 파장 영역을 잘라내는 컷 필터(cut filter)를 넣었을 때 나타나는 투과율 변화로 유무를 조사한다.
홀뮴 유리는 흡수 봉우리 위치가 정해져 있어 파장 눈금 교정에 쓰는 것이므로 용도가 다르다.

환산직경은 2.4m이다.
먼저 직사각형 단면의 환산직경은 두 변을 $A$, $B$ 라 할 때 $D = \dfrac{2AB}{A+B}$ 로 구한다.
가로 3.0m와 세로 2.0m를 대입하면 $D = \dfrac{2 \times 3.0 \times 2.0}{3.0 + 2.0} = 2.4\,\mathrm{m}$ 이다.

가장 거리가 먼 것은 위상차현미경이 명암차를 위상차로 바꾼다고 한 설명이다.
위상차현미경은 반대로, 무색투명한 물체를 지나며 생긴 위상차를 명암차로 바꾸어 구조가 보이도록 한 현미경이다.
석면먼지 농도를 표준상태 기체 1mL 중의 섬유 개수로 표시한다는 설명은 옳다.
위상차현미경과 생물현미경의 계수치 차이로 굴절률이 1.5에 가까운 섬유를 셀 수 있다는 설명도 맞다.
멤브레인 필터가 셀룰로스 에스테르로 만든 얇은 다공성 막이라는 설명도 옳다.

해당하는 것은 비소 화합물이다.
비소를 수소화물로 만들어 다이에틸다이티오카바민산은의 클로로폼 용액에 흡수시키면 적자색의 착화합물이 생기고, 그 흡광도를 재어 정량한다.

가열장치가 필요한 곳은 시료도입부(C), 분리관(D), 검출기(E)다.
시료도입부에서는 주입된 시료를 순간적으로 기화시켜야 하고, 분리관과 검출기에서는 기화된 시료가 다시 응축·응결되지 않도록 온도를 유지해야 하기 때문이다.
운반가스 용기(A)와 유량·압력조절부(B)는 상온의 기체만 다루므로 가열이 필요 없다.

가스크로마토그래피(GC)의 검출기 중 Electronic Conductivity Detector(전자전도도 검출기)는 실제 GC 분석에 사용되지 않는 검출기다. 학문적 개념만 있고 실무 GC 장비에는 실장되지 않는 검출기로, 일반적인 GC 분석 범주에서 거리가 가장 멀다.
TCD(열전도도)는 모든 물질에 반응하는 범용 검출기다.
ECD(전자포획)는 할로겐·질소 함유 화합물에 선택적으로 사용된다.
FPD(불꽃광도)는 황·인 화합물 검출에 사용된다.
이들은 모두 실제 GC 응용에서 널리 활용된다.