개념 한 쪽
역전층과 대기 안정이 결합하면 오염물질이 지표면 근처에 갇혀 대규모 피해를 일으킨다. 역사적 사례인 런던 스모그는 복사형 역전과 연료성 오염원 결합으로 발생했으며, 확산을 다루는 모델은 여러 단순 가정을 전제로 한다.
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출제기준 단원 「대기오염사건」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 오염사건 역전층 판별 | 1 | 사건의 계절·기상 조건으로 역전층 유형을 고르기 |
| 배출원과 오염물 연관성 | 1 | 특정 오염물질의 발생 업종을 가리기 |
| 차량 배출 상태별 HC 변화 | 1 | 운전 상태에 따른 탄화수소 배출량 변화를 설명하기 |
대기오염사건은 기상 조건과 오염원 배출이 결합되어 단기간에 높은 농도가 형성되어 피해를 초래하는 현상을 말한다. 대표적 사례인 런던 스모그는 겨울철 맑은 밤의 지표 복사 냉각으로 하층 공기가 상층보다 차가워지는 복사형 역전이 주요 원인으로 작용했음을 설명한다.
역전층은 생성 메커니즘에 따라 복사형, 침강형, 난류형, 전선형 등으로 분류된다. 복사형 역전은 맑고 무풍인 밤에 지표 냉각으로 발생하며, 침강형 역전은 고기압 하강 기류와 연관되고 전선형은 기단 경계에서 나타난다. 런던형 스모그의 핵심 연결고리는 '겨울철 맑은 밤 = 지표 복사 냉각 = 복사형 역전'이다.
대기 중 오염물질의 확산을 다루는 경도(가우스) 모델은 몇 가지 단순 가정을 전제로 한다. 이 모델은 오염물질이 소멸하지 않는다고 가정하고, 확산계수가 일정하다고 본다. 또한 지표 반사 등을 전제로 가우스 분포 형태로 확산을 근사한다.
굴뚝 배출 등에서 지표면 농도에 영향을 미치는 혼합고(배출의 유효 섞임 높이)는 농도에 민감하게 작용한다. 기본 원리에 따르면 지표면 농도는 혼합고의 3승에 반비례하므로 혼합고가 증가하면 지표 농도는 급격히 낮아진다.
대기오염물질의 성격별 출처와 운송 경로를 이해하는 것도 중요하다. 예컨대 염화수소(HCl)는 염산 제조, 소다공정, 염소계 플라스틱 공정 등에서 주로 발생하고 냉동공장과는 관련이 적다. 차량 배출에서는 운전 상태에 따라 배출 성분이 달라지며, 휘발유 차량의 탄화수소(HC)는 감속 시 불완전 연소로 가장 많이 배출된다.
농도 단위 변환 문제에서는 분자량이 결정적 역할을 한다. 동일한 체적비(ppm)에서 질량비는 분자량에 비례하므로 분자량이 큰 물질이 질량 기준 농도에서 더 큰 값을 나타낸다. 따라서 예시에서는 SO2의 값이 가장 크다.
문제 유형 예시는 다음과 같다. 런던형 스모그 관련 문항은 '겨울철 맑은 밤'과 '지표 복사 냉각'이라는 조건을 통해 복사형 역전을 선택하도록 유도한다. 확산 모델 관련 문항은 '오염물질 소멸 없음'과 '확산계수 일정'이라는 가정을 확인하도록 구성된다. 혼합고 관련 문항은 혼합고와 지표 농도의 3승 반비례 관계를 이용해 배출고 높이 영향 정도를 판정하도록 설정한다.
주요 대기오염물질인 '염화수소'를 배출하는 업종과 가장 거리가 먼 것은?
정답 ④ · 문제는 염화수소(HCl)를 배출할 가능성이 낮은 업종을 묻고 있다. 염화수소는 염소를 포함한 원료를 다루거나 염산을 생산하는 공정에서 직접 발생하므로 염산 제조와 소오다 공정, 일부 염소계 플라스틱 제조 공정이 대표적 배출원이다.
염화수소는 염산 제조나 소다공정에서 발생하며, 냉동공장은 주로 냉매 가스를 사용하므로 염화수소 배출과는 거리가 멀다.
휘발유를 사용하는 차량의 배출오염물질중 탄화수소를 가장 많이 발생하는 경우는?
정답 ③ · 휘발유 엔진(가솔린 엔진)의 운전 조건에 따른 배출가스 특성을 보면, 공기-연료비가 이론 혼합비보다 진해(공기 부족) 불완전 연소가 일어나는 감속(Deceleration) 시나 급가속 초기에 탄화수소(HC)의 배출 농도가 가장 높게 나타납니다. 반면 정속 주행 시나 적정 공연비 상태에서는 낮게 배출됩니다.
휘발유 엔진은 공기-연료비가 진해질수록 불완전 연소가 일어나 탄화수소(HC) 배출이 증가하며, 감속 시 가장 높습니다.
다음의 대기오염물질중 1V/Vppm에 상당하는 W/Wppm 값이 가장 큰 것은?
정답 ① · 국제적으로 약속된 표준 감률(Lapse Rate)은 건전 단열 감률( Dry Adiabatic Lapse Rate)이라고도 하며, 그 값은 약 0.98℃/100m이나 통상적으로 대기과학 문제에서는 0.85℃~0.98℃ 범위 중 0.86℃/100m 혹은 1.0℃/100m를 표준으로 봅니다. 본 문제의 보기 중 3번인 -0.86℃/100m가 가장 보편적으로 인용되는 표준 체감율에 해당합니다.
분자량이 클수록 동일한 부피비(ppm)당 질량비(ppm) 값이 커지므로 분자량이 가장 큰 물질을 찾는다.
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