개념 한 쪽
분진의 포집과 농도 산출은 실험실 전처리와 단위 변환을 정확히 수행하는 것이 핵심이다. 여과지 또는 활성탄관 등에 포집된 질량에서 공기 채취량을 나누어 농도를 구하고, 공시료 보정이나 회수율 보정이 필요할 때는 해당 보정 과정을 적용한다. 사이클론과 같은 분리기는 규정된 유량으로 운전해야 호흡성 분진 기준을 만족한다.
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출제기준 단원 「분진의 포집기기」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 여과지 질량·부피 계산 | 1 | 여과지 증감과 채취부피로 농도를 계산하는 과정 |
| 사이클론 운전유량 선택 | 1 | 10mm nylon cyclone의 적정 공기유량을 고르는 문제 |
| 저용량 포집 농도계산 | 1 | 분당 유량과 시간으로 포집부피를 구해 분진농도를 산출하는 문제 |
분진 농도는 포집된 물질의 질량을 채취한 공기 부피로 나눈 값으로 정의한다. 기본 공식은 농도(mg/m³) = (포집후중량 − 포집전중량) ÷ 포집공기부피(m³)이며, 부피 단위 변환(L→m³)은 필수 단계이다.
여과지 측정에서는 공시료(대조시료) 보정이 필요할 수 있다. 여과지 증감량에서 공시료 증감을 차감하여 순중량을 구한 뒤 농도를 계산해야 하며, 이를 생략하면 오차가 발생한다. 또한 활성탄관처럼 앞층과 뒷층이 있는 경우에는 앞·뒷층의 검출량을 합산하여 총 포집량으로 사용한다.
화학종의 경우 회수율을 고려하여 보정할 필요가 있다. 측정값에서 공시료 오염을 제거한 순수량을 회수율로 나누어 실제 공기 중 물질량을 추정한 다음, 채취부피로 나누어 농도로 환산한다.
포집 장비별 표준 운전 조건을 준수해야 정확한 결과를 얻는다. 예를 들어 10mm 나이론 사이클론은 호흡성 분진 선별을 위해 분당 1.7L의 유량을 유지하여 운전한다. 유량이 규정값에서 벗어나면 분진의 포집특성이 달라져 측정 결과가 부정확해진다.
예1: 유량 2.0L/min로 7시간 채취한 경우 포집된 질량이 5.0mg이면, 전체 채취시간은 7시간=420분이므로 채취부피는 2.0×420=840L=0.84m³이다. 농도는 5.0mg ÷ 0.84m³ ≈ 5.95mg/m³로 계산한다.
예2: 분당 30L로 30분간 포집하여 포집전후 여과지 차이가 4.8mg이면, 채취부피는 30×30=900L=0.9m³이므로 농도는 4.8mg ÷ 0.9m³ ≈ 5.33mg/m³로 계산한다.
금속흄 시료를 7시간 동안 채취하였다. 여과지의 초기 무게는 15.0 mg이었고 최종 무게는 20.0 mg이었다. 시료는 2.0 L/분으로 채취하였다. 공기중 금속흄 농도(mg/m³)는?
정답 ④ · 중량법에 의한 금속흄 농도 계산 문제입니다. 포집된 흄의 질량은 최종 무게(20.0mg)에서 초기 무게(15.0mg)를 빼면 5.0mg입니다.
금속흄 농도는 포집된 질량(5mg)을 채취 공기량(0.84m³)으로 나누어 계산한다.
10㎜ nylon cyclone을 이용하여 호흡성분진을 측정하고자 한다. 이때 적절한 공기유량은?
정답 ③ · 10㎜ nylon cyclone을 활용하여 호흡성 분진을 채취할 때의 적정 유량을 묻는 문제입니다. 일반적으로 사이클론 형태의 분진 포집장치 중 10mm 나이론 사이클론은 분립의 관성 및 호흡성 분진의 입경 분포 기준을 충족하기 위해 분당 1.7리터(1.7 L/min)의 일정한 공기 유량을 유지하여 측정하는 것을 원칙으로 하고 있습니다.
10mm 나이론 사이클론은 호흡성 분진 측정 시 분당 1.7리터의 일정한 공기 유량을 유지하는 것이 국제적 측정 원칙입니다.
주물공장내에서 비산되는 분진을 측정하기 위해서 Low Volume air sampler을 사용하였다. 분당 30ℓ로 30분간 포집하여 여지를 건조시킨후, 측량한 결과 22.46㎎이었다. 주물공장내 분진의 농도는 약 얼마인가? (단, 포집전의 여지의 무게는 17.66㎎ )
정답 ② · 문제는 포집 전후 여지 무게 차이와 포집 공기량으로 분진 농도를 계산하는 문제이다. 포집된 분진량은 22.46 mg − 17.66 mg = 4.80 mg이며 포집 공기량은 30 L/min × 30 min = 900 L = 0.9 m3이다.
분진 농도는 (포집 후 무게 - 포집 전 무게) ÷ (유량 × 시간)으로 계산한다.
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