개념 한 쪽
폐기물 처리에서 부산물의 활용과 2차 오염 저감은 물질수지와 처리기술 특성을 바탕으로 판단해야 한다는 점이 핵심이라고 판단한다. 건조·압축 등 감량화 계산은 고형분 불변 또는 질량 불변 원리를 사용해 풀어야 한다. 처리기술 선택은 물질의 농도와 분해성, 처리 목표에 따라 결정해야 한다. 소각·처리 과정에서 발생하는 대기오염물질의 특성도 함께 고려해야 한다고 한다.
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출제기준 단원 「부산물 활용 및 2차 오염 저감」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 압축에 따른 부피변화 계산 | 1 | 질량 일정 가정하에 밀도 변화로 부피감소율을 구하기 |
| 수분함량 변화에 따른 중량감소 계산 | 1 | 고형분 불변 원리로 함수율 변화 시 최종중량과 감량을 계산하기 |
| 소각 시 2차 오염 유발 물질 판별 | 1 | 소각에서 발생하여 광화학 스모그의 주원인이 되는 물질을 고르기 |
폐기물 감량화 문제는 질량 보존의 원칙에서 출발한다는 점을 명확히 한다. 압축에서 질량은 변하지 않으므로 부피는 밀도에 반비례한다는 관계(V = m/ρ)를 사용해 부피 변화율을 계산해야 한다. 예컨대 밀도가 2배가 되면 부피는 1/2로 줄어드는 식의 반비례 관계를 일관되게 적용해야 한다.
건조나 탈수 문제는 고형분(건고형물)이 보존된다는 점을 핵심 원리로 삼아야 한다. 초기 고형분 질량을 변하지 않는 기준으로 놓고 최종 전체 중량을 역산하는 방식으로 접근해야 한다는 점을 강조한다. 함수율은 전체 중량 대비 수분의 비율(습윤기준)이므로 함수율 변화는 분모가 변하는 비율 문제라는 점을 명확히 한다.
폐기물 처리기술의 선택은 대상 물질의 특성, 특히 분해 가능성과 농도에 따라 달라진다는 점을 설명한다. 미생물로 분해되기 어려운 난분해성 물질이나 활성탄 흡착에 비경제적인 고농도 물질에는 용매추출과 같은 물리화학적 분리·회수법이 적합하다는 판단 기준을 제시한다. 반대로 저농도 유기오염물 처리에는 흡착 등이 유리하다는 구분을 제시한다.
소각 등 열처리 과정에서의 대기오염물질은 발생 메커니즘과 2차 오염물질 생성 연계를 이해해야 한다고 본다. 고온 연소에서 생성되는 질소산화물(NOx)이 광화학 반응을 통해 오존 등 2차 오염을 유발한다는 점을 연결해 기억해야 한다고 한다.
압축 문제 대표 풀이 예시를 든다. 압축 전 밀도 0.41 ton/m³에서 후 밀도 0.75 ton/m³으로 증가한 경우 질량은 일정하므로 부피 감소율은 1 − (전 밀도 ÷ 후 밀도)를 사용하여 계산한다. 계산하면 1 − 0.41/0.75 ≈ 0.453으로 약 45% 감소한다고 결론을 얻는다.
건조 문제 대표 풀이 예시를 든다. 폐기물 100kg에서 수분함량 95%인 경우 건고형물은 5kg으로 고정이라고 본다. 이를 수분함량 15% 조건의 총량으로 환산하면 최종 중량 = 건고형물 ÷ (1 − 최종수분율) = 5 ÷ 0.85 ≈ 5.9kg이 되어 약 94%의 중량 감소가 발생한다고 계산 절차를 제시한다.
폐기물량의 감량화를 위하여 시행하는 압축기술에 관한 설명이다. 적합치 아니한 것은 ?
정답 ③ · 폐기물 감량화를 위한 베일링(Baling) 압축기술의 특성 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 베일링은 도시폐기물의 밀도를 약 5배까지 높이고 부피를 80%까지 줄일 수 있으며, 일정한 용기에 주입하여 압축하는 방식과 스크린 같은 철망을 이용하는 방식이 사용되므로 1, 2, 4번은 옳다.
베일링은 밀도 약 5배·부피 80% 감량이 가능하나 압력 제거 시 탄성회복으로 부피가 다소 늘어난다.
폐기물을 건조시켜 수분함량을 95%에서 15%로 감소시켰다면 폐기물 중량은 몇 % 감소하였는가? (단, 폐기물 비중은 1.0으로 가정함)
정답 ③ · 수분함량 변화에 따른 폐기물 중량 감소율을 계산하는 문제이다. 폐기물 100kg, 수분 95%를 가정하면 건고형물은 5kg이고, 건조 후에도 건고형물은 불변이다.
최종 중량 = 건고형물÷(1−최종수분율), 5/0.85≈5.9kg이므로 100kg 대비 약 94% 감소한다.
유해폐기물을 소각하였을 때 발생하는 물질로서 광화학 스모그의 원인이 되는 주된 물질은?
정답 ④ · 유해폐기물 소각 시 발생하여 광화학 스모그의 원인이 되는 물질을 고르는 문제이다. 소각로의 고온 조건에서 공기 중 질소와 산소가 반응하여 일산화질소(NO)가 생성되며, 이것은 대기 중에서 이산화질소로 산화된 뒤 태양광과 반응해 오존 등을 만들어 광화학 스모그의 주된 원인이 된다.
광화학 스모그의 주원인은 질소산화물 — 소각 고온에서는 일산화질소가 발생한다.
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