개념 한 쪽
막분리 공정은 반투과막 등 선택적 투과막을 이용하여 용질과 용매를 분리하는 물리적 처리공정이다라는 기본 개념을 다룬다.
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출제기준 단원 「막분리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 공정 구동 원리 식별 | 1 | 분리 공정별 추진력의 차이를 구분하기 |
| 면적·부하 계산 적용 | 1 | 단위 부하로부터 필요한 Weir 길이나 면적을 계산하기 |
| BAC의 장단점 판정 | 1 | 생물활성탄의 특징과 단점을 골라내기 |
투석(Dialysis)은 반투과막을 사용하여 작은 분자만 통과시키고 큰 분자는 차단하는 분리 공정으로, 막을 통한 용질 이동의 추진력은 농도차이다라는 점을 설명한다. 투석은 외부 압력을 가하지 않고 자연적인 확산 원리를 이용하여 용질이 농도 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하게 한다는 원리를 제시한다.
반면에 역삼투나 한외여과 같은 압력 구동 분리 공정은 정수압차나 압력차가 추진력으로 작용한다는 점을 구분하여 다룬다. 또한 전기투석은 전위차가 구동력이라는 점을 함께 정리한다.
막분리 관련 문제는 각 공정의 '구동 원리(추진력)'를 묻는 경우가 많으므로, 투석=농도차, 역삼투=압력차, 전기투석=전위차로 연결하여 암기하는 방법을 권장한다.
막분리 개념은 분리 메커니즘과 적용되는 추진력의 차이를 확인하는 데 중점을 둔다는 점을 명시한다.
투석의 핵심은 확산에 의한 농도차 구동임을 확인하는 문제를 예로 든다. 예를 들어 투석 공정에서는 반투과막을 사이에 두고 농도 차가 존재하면 용질이 농도 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동한다고 설명한다.
또한 막분리와 직접 관련된 계산 문제 예시로 월류부하와 Weir 길이 계산, 급속침투 시스템의 부지면적 계산을 함께 제시한다. Weir 길이 계산은 총 처리량을 단위 길이당 월류부하로 나누어 필요한 길이를 구하는 방식이며, 하루 5,000 m³와 허용 부하 100 m³/m·day를 적용하면 5,000 ÷ 100 = 50 m가 되는 과정을 보여준다.
급속침투 부지면적 계산은 초당 유량을 일일 및 연간 유량으로 환산한 뒤 연간 부하율로 나누어 면적을 구하는 방식이며, 초당 50 L(=4,320 m³/day)를 연간으로 환산한 값 1,576,800 m³/년을 80 m³/m²·년으로 나누어 19,710 m²(=1.971 ha)가 도출되는 과정을 제시한다.
하수처리장의 1차 침전지에 관한 설명 중 틀린 것은?
정답 ② · 하수처리장 1차 침전지의 설계 기준을 묻는 문제입니다. 표면부하율 25~40m³/m²-day, 유효수심 2.5~4m 등은 일반적인 1차 침전지의 적정 설계 값입니다.
기계식 슬러지 제거기 설치 시 침전지 바닥 기울기는 1/12 이상이어야 하므로 1/100~1/200은 틀린 설명이다.
토양처리 급속침투 시스템을 설계하여 1차 처리 유출수 50ℓ /sec를 80m³/m²· 년의 속도로 처리하고자 한다. 필요한 부지면적은? (단, 1일 24시간, 1년 365일로 환산한다.)
정답 ② · 문제는 초속 50 L의 1차 처리 유출수를 연간 단위의 단위면적 처리속도 80 m³/m²·년으로 처리할 때 필요한 부지면적을 계산하라는 것이다. 초속 50 L는 일일 유량으로 환산하면 50 L/s × 86,400 s/day = 4,320,000 L/day = 4,320 m³/day이며 연간으로는 4,320 × 365 = 1,576,800 m³/year이다.
일일 처리량을 제곱미터당 연간 부하율로 나누어 필요한 부지면적을 계산하면 1.971 ha가 된다.
상수고도처리시 사용되는 생물 활성탄(BAC : Biological Activated Carbon)의 단점이라 볼 수 없는 것은?
정답 ① · 문제는 생물 활성탄(BAC)의 단점이 아닌 항목을 묻고 있다. BAC에서는 미생물에 의한 분해가 활성탄의 흡착과 결합되어 유기물 제거 효율을 높이고 활성탄의 포화 속도를 늦추므로 사용시간(수명)은 오히려 연장되는 것이 일반적이다.
생물 활성탄은 미생물 생장으로 오염 제거 효율이 높아 수명(사용시간)이 오히려 길어지므로, 단축된다는 것은 단점이 아니다.
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