대기환경기사_환경공학기초(2)

안녕하세요. 지난 포스팅에 이어서 환경공학 기초에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

먼저, MKS와 CGS입니다. MKS는 m, kg, sec을 사용하는 단위를 말합니다. 예를 들어 m/sec, kg/m^3등이 있습니다. CGS는 cm, g, sec을 사용하는 단위를 말합니다. 예를 들어 g/cm·sec, g/cm^3등이 있습니다. 

두 번째로는 차원입니다. 1차원은 길이의 세계, 2차원은 넓이의 세계, 3차원은 부피의 세계입니다. 속도는 길이를 시간으로 나눈 것입니다. 즉, V=L/T입니다. 대표적인 단위로는 m/sec, km/hr에 있습니다. 유량은 부피를 시간으로 나눈 것입니다. 즉, Q=L^3/T입니다. 대표적인 단위로는 m^3/sec, L/sec이 있습니다. 단위를 보면 시간당 흘러가는 부피라고 볼 수 있습니다. 1m^3/sec은 1초에 1m^3박스만큼의 유체가 흘러 들어가는 것을 알 수 있습니다. 유량과 면적, 속도의 관계에 대해서 알아보겠습니다. 유량은 면적과 속도의 곱입니다. 즉, Q(유량)=A(면적)*V(속도)입니다. 이 식으로부터 우리는 면적(A)을 구할 수 있습니다. 면적은 유량을 속도로 나누어서 구할 수 있습니다. 즉, A(면적)=Q(유량)/V(속도)의 식으로 계산할 수 있습니다. 또한, 속도는 유량을 면적으로 나누어서 구할 수 있습니다. 즉, V(속도)=Q(유량)/A(면적)의 식으로 계산할 수 있습니다. 

세 번째로 비중에 대해서 알아보겠습니다. 비중은 “대상물질의 밀도/표준물질의 밀도”로 구할 수 있습니다. 표준물질에 비해 대상 물질의 경중의 정도를 나타냅니다. 액체와 고체의 표준물질은 물이고, 기체의 표준물질은 공기가 됩니다. 첫 번째 예를 들어보면, 황산의 비중이 1.84라는 것은 대상 물질인 황산의 밀도는 1.84g/cm^3이고, 표준물질의 물의 밀도는 1g/cm^3으로부터 구할 수 있습니다. 두 번째 예로는 아황산가스 비중이 2.2라는 것을 보도록 하겠습니다. 이 경우 대상 물질인 아황산가스의 밀도는 64g/22.4SL이고, 표준물질인 공기의 밀도는 29g/22.4SL로부터 구할 수 있습니다. 

네 번째로 밀도입니다. 밀도는 질량을 단위부피로 나눈 것입니다. 여기서 단위부피라는 것은 하나를 나타냅니다. 예를 들면 kg/1L, mg/1mL 이런 식으로 단위 부피가 가지고 있는 질량을 나타냅니다. 기체에서는 1 mol당 모든 기체의 부피가 STP(표준상태)에서 22.4L로 일정합니다. 부피를 22.4L에 해당하는 질량인 분자량으로 밀도를 계산할 수 있습니다. 물의 밀도는 1g/cm^3= 1kg/L=1톤/m^3입니다. 공기의 밀도는 29g/22.4SL=1.29g/SL=1.29kg/Sm^3입니다. 공기 중에는 질소가 79%, 산소가 21%가 포함되어 있다고 가정하고 분자량을 구할 수 있습니다. 분자량을 구할 때는 평균분자량을 구하는 식으로 구할 수 있습니다. 공기의 분자량은 28*0.79+32*0.21=29라는 것을 알 수 있습니다. 동점성계수는 점도를 밀도로 나누어 구할 수 있습니다. 단위는 주로 st를 사용하는데, st를 SI 단위로 나타내면 cm^2/sec으로 쓸 수 있습니다.

다섯 번째로 %(백분율)입니다. 물질을 100개로 쪼개어 비율을 나타내는 단위입니다. 예를 들어 3퍼센트는 100개 중의 3개, 10퍼센트는 100개 중의 10개입니다. 그러므로 %로 나타내려면 분모와 분자의 단위를 같게 만든 후에 100을 곱하여 계산할 수 있습니다. 퍼센트는 중량 백분율(w/w), 부피 백분율(v/v)로 구분할 수 있습니다. 중량 백분율(w/w %)은 중량 대 중량, 부피 백분율(v/v %)은 부피 대 부피입니다. 중량 대 부피 백분율(w/v %)은 예외로 부피가 물일 때 적용할 수 있습니다. 백분율은 분자와 분모의 단위가 같아야 하는데, 물의 경우 밀도가 1kg/L이므로 부피와 중량이 같기 때문에 적용할 수 있습니다. 예를 들어 황산의 95%를 살펴보겠습니다. 95%의 황산 용액은 95g의 황산이 100mL의 물에 녹아있는 것입니다. 물의 밀도는 1g/ml이므로 이를 곱하면 분모가 100g이 됩니다. 그렇게 되면 분자와 분모의 단위가 같아지며, 여기에 100을 곱하여 95% 황산 용액을 얻을 수 있게 됩니다.

여섯 번째로 ppm(백만분율)입니다. 이 단위는 물질을 10^6개로 쪼개어서 비율로 나타내는 단위입니다. 원리는 %(백분율)와 동일합니다. 혹은 분자와 분모의 단위 차이를 백만 배 만들어서 나타낼 수 있습니다. 예를 들어 3ppm은 3mg을 1kg으로 나누어 구할 수 있다. 또한, 백분율과 같이 중량 ppm과 부피 ppm으로 구분할 수 있습니다. 중량 ppm(w/w ppm)은 중량 대 중량입니다. 주로 폐기물 오염물질의 단위로 쓰이며 mg/kg을 사용합니다. 부피 ppm(v/v ppm)은 부피 대 부피입니다. 주로 대기 오염물질의 단위로 쓰이며 mL/m^3을 사용합니다. 그리고 %(퍼센트 농도)를 ppm으로 환산하면 1%=10^4ppm과 같습니다. 중량 대 부피 ppm(w/v ppm)도 역시나 예외 사항으로 부피가 물일 때 적용이 가능합니다. 특히, 수질 오염물질의 농도를 나타낼 때 쓰이며, 단위는 mg/L를 사용합니다. 즉, w/v ppm=mg/L입니다.

다음으로 ppb(10억 분율)입니다. 이 단위는 10^9(10억)개로 쪼개어서 비율로 나타내는 단위입니다. 이 또한 원리는 동일합니다. ppm과 ppb의 차이는 10^3배입니다. 즉, 1ppm=1000 ppb입니다.

이번 포스팅은 여기에서 마무리하도록 하겠습니다. 읽어봐 주셔서 감사합니다.