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[지구과학] 지진과 화산 평가B괜찮아요

화산과 지진1.지구의 내부구조지구의 구조는 지각, 맨틀, 외핵, 그리고 내핵으로 이루어져 있다. 이 중에서 지각은 지구의 가장 바깥쪽을 말하는데, 평균 두께는 35 km 가량이며 가볍고 단단한 암석층이다. 맨틀은 지각 아래에서 깊이 약 2900 km 사이의 층을 말하며 지각보다 더 무거운 고체 상태의 물질로 이루어져 있고, 지구 내부 부피의 약 80%를 차지한다. 맨틀과 지각의 경계면을 모호로비치치 불연속면이라고 부르는데, 이 부분에서는 지진파의 전파 속도가 갑자기 빨라진다. 외핵은 맨틀 아래에서 내핵의 경계까지(2900 km ∼ 5100 km)이며, 액체 상태로 추정되고 있다. 내핵은 외핵 아래에서 지구 중심까지(5100 km ∼ 지구 중심)이며 고체 상태로 추정되고 있다. 그러므로 지구의 내부 구조를 보면 상대적으로 가볍고 단단한 지각이, 상대적으로 무겁고 부드러운 맨틀의 상부위에 떠있는 상태이다.{맨틀 위에 떠있는 지각에서는 끊임없는 지각변동이 일어나고 있다. 지각변동에는 오랜 세월을 두고 천천히 이동하는 대륙의 이동과 조륙 및 조산운동 같은 완만한 변화와 지진이나 화산 활동과 같은 갑작스런 변화가 있는데, 이러한 지각의 변화가 지구 내부의 변화와 어떤 관계가 있는지는 정확하게 밝혀지지 않지만 맨틀에서의 온도 차이에 의한 대류와 밀접한 관계가 있을 것으로 추정되고 있다.{1928년 홈즈(A. Holmes)는 맨틀 내의 방사성 원소의 붕괴열과 고온의 지구 중심부에서 맨틀로 올라오는 열에 의하여 맨틀 상하부에 온도차가 생기고 그 결과 매우 느리게 열대류가 일어난다는 맨틀 대류설을 주장하였다. 즉, 맨틀 내에서 높은 온도로 인해 융해되어 액체 상태인 암류권은 물질의 온도가 주위의 온도보다 뜨겁기 때문에 밀도가 낮아져 상승하게되고, 이 힘에 의해 지각을 이루는 암석권이 찢기게 된다. 이렇게 해서 생긴 틈새 때문에 압력이 감소되어 암류권이 상승하면서 주위의 암석을 녹이게 되고, 이것은 지표에서 냉각되어 새로운 암석층이 된다. 이러한 대류 현상이 지각 변동의 원동력문암질 또는 석영안산암질 용암은 900∼1,000℃, 중성인 안산암질 용암은 1,000∼1,100 ℃, 그리고 염기성인 현무암질 용암은 1,100∼1,200℃이다.용암의 화학조성은 화산에 따라 다르고, 같은 화산에서도 화산활동의 시기에 따라 다르다. 화구로부터 흘러내리는 용암을 용암류(熔岩流)라고 부른다. 점성이 낮은 현무암질 용암은 유동성이 커서 멀리까지 흘러내리지만, 점성이 높은 유문암질 용암은 흔히 화구 가까이에서{굳어져 플러그 돔(plug dome)이나 용암탑을 만들기도 한다.용암은 표면이나 밑바닥이 먼저 굳는다. 그러나 내부에서는 고온의 액체 용암이 계속 흘러내리게 되는데, 액체용암의 공급이 중단되면 액체용암이 빠져나간 자리에 용암류가 흘러간 자리를 따라 긴 공동(空洞)이 생긴다. 이렇게 생긴 것을 용암터널 또는 용암동굴이라 한다. 제주도의 만장굴 ·협재굴 ·빌레못굴 ·소천굴 ·수상굴 등과 같은 크고 작은 동굴은 바로 이 용암동굴이다.화산의 형태화산의 모양은 다양하며 용암의 종류나 분화의 양식과 밀접한 관계가 있다. 작은 폭발만이 일어나고 활동을 중지하여 화구만이 원뿔형의 요지(凹地)로 남아 있는 경우를 폭렬화구라고 하며, 이 곳에 물이 괴면 마르(maar)가 된다. 남부 독일 우라하지방에는 이와 같은 폭렬화구가 125개나 무리를 이루고 있다. 화산쇄설물은 거의 분출하지 않기 때문에 화구의 주위는 지름이 10 m 내외인 낮은 언덕을 이룬다.주로 화산쇄설물로만 만들어진 원뿔형의 작은 화산구는 암설구(岩屑丘)라고 부르며 사면의 경사는 30°내외이다. 제주도 한라산 화산체 상에는 360여 개에 달하는 기생화산(寄生火山)이 있는데 이들의 대부분은 분석구이다. 산의 높이에 비하여 화구가 큰 분석구를 구상화산(Homate)이라고 하며, 하와이섬에 있는 다이아몬드 헤드 화산이 좋은 예이다.순상화산은 유동성이 큰 현무암질 용암이 얇고 넓게 유출하여 생긴 것으로 경사가 5∼6°정도인 완만한 경사를 이룬다. 하와이섬의 마우나로아화산이 전형적이며, 제주도 한라산 화산체도)이라고 하고, 진원으로부터 수직방향으로의 지표상의 지점을 진앙(震央)이라 한다. 진원에서의 어긋남은 인접지역의 변형력을 증대시켜 더욱 넓은 지역의 암석이 쪼개지면서 단층이 전달된다. 이러한 과정이 끝나면 왼쪽 부분과 오른쪽 부분에 상대적 변위(變位)가 있게 된다. 이 때 지각의 양면이 쪼개져서 반대방향으로 튕겨짐에 따라 주위에 모였던 탄성에너지가 파동에너지로 바뀌어 지진파가 사방으로 전파되는 것이다. 이 이론을 탄성반발설(彈性反撥說)이라 하는데, 1906년 샌프란시스코의 지진발생 후 H.레이드가 제창한 이론이며, 진원이 지하 70km 이내인 천발지진(淺發地震)의 발생을 잘 설명해준다.{{{{모든 지진이 단층운동 때문에 발생한다면 단층을 움직이는 힘은 왜 생길까? 판구조론이 그 이유를 설명해 준다. 판구조론에 따르면 지구의 표층이라고도 하는 수십 km 혹은 그 이상의 두께를 가진 암석권은 6개의 큰 판(유라시아판 ·아프리카판 ·인도판, 태평양판 ·아메리카판 ·남극판)과 몇 개의 작은 판(필리핀판 ·카리브판 ·코코스판 ·나스카판 등)으로 구성되어 있으며, 이들은 각각 서로 부딪치거나 밀고 때로는 서로 포개지면서 각각 매년 수cm 정도의 속도로 점성이 있는 맨틀 위를 제각기 이동하고 있다. 이러한 지각판들의 운동은 그들의 가장자리 사이의 마찰에 의하여 경계부위에서 저항을 받는데 이는 두 개의 벽돌을 맞대고 문지를 때 미끄러지지 않으려는 것과 같다. 그러나 지구 내부의 힘이 판의 마찰저항을 초과할수 있는 단계에 도달하면 갑작스런 미끄러짐이 일어나며 이것이 바로 지진이다. 따라서 지진이 발생하기 쉬운 지역은 보통 판경계(interplate) 부근이지만 판내부(intraplate)에서도 종종 지진이 발생하고 있다. 판과 판의 경계에서는 마그마가 분출하기도 쉽기 때문에 지진발생 빈번지역과 화산이 주로 발생하는 지역은 서로 유사하게 마련이다. 따라서 이 이론은 대규모 수평면운동이 지진, 화산 및 조산현상의 원인임을 설명하였다.일본의 지진은 대부분 태평양쪽에서 발생하고 있는진발생시 그 자체의 크기를 정량적으로 나타내는 양으로서 진동에너지에 해당한다. 이는 계측관측에 의하여 계산된 객관적 지수이며 지진계에 기록된 지진파의 진폭과 발생지점까지의 진앙거리를 이용하여 계산한다. 예를 들어 M 5.0 이라고 표현할 때 M은 Magnitude를 의미하고 수치는 보통 소수 1자리까지 나타낸다. 규모가 1만큼 증가하면 에너지는 30배로 커지게 된다.진도는 어떤 장소에 나타난 진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것으로 정해진 설문을 기준으로 계급화한 척도이다. 그렇지만 지금은 계측기에 의해서 직접 관측한 값을 진도 값으로 채용하는 경우도 많다. 진도는 지진의 규모와 진앙거리, 진원깊이에 따라 크게 좌우될 뿐만 아니라 그 지역의 지질구조와 구조물의 형태 및 인원현황에 따라 달리 평가될 수 있다. 따라서 규모와 진도는 1대1 대응이 성립하지 않으며 하나의 지진에 대하여 여러 지역에서의 규모는 동일수치이나 진도 계급은 달라질 수 있다.따라서 진도계급은 세계적으로 통일되어 있지 않으며 나라마다 실정에 맞는 척도를 채택하고 있다. 기상청은 일본 기상청계급(JMA Scale)을 사용한다. JMA scale이 8계급을 갖는 반면, 미국에서 시작되어 여러 나라가 사용하는 MM scale (Modified Mercalli scale)과 진도계급의 국제적 통일을 시도한 MSK scale(Medvedev, Spouheur, Karnik)은 12계급을 갖는다.지진파암석의 파괴가 일어난 진원역으로부터 탄성체인 지구의 내부 또는 표면을 따라 전파되는 탄성파(elastic wave)를 지진파라 한다. 지진계에 기록되는 파형은 지진파가 통과하면서 일으키는 매질의 변형에 의한 것이다. 또한 지진파는 지구 내부 구조를 연구하기 위한 중요한 자료이기도 하며 P파, S파, L파가 있다.{P파는 전파 속도가 가장 빨라 지진 관측소에 맨 처음 도착하는 파(5∼8Km/s)로 지진파의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 같은 종파이며, 고체앙지역을 통과하는 P파와 S파의 속도비의 변화이다. P파의 속도는 항상 S파의 속도보다 빠르며, 약 1.75배가 된다. 그러나 지진이 발생하려는 지역을 통과하는 P파는 그 속도가 S파의 약 1.5배까지 감소한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 현상은 얼마간 지속하다가 다시 정상으로 희복되는데, 그 직후에 지진이 발생한다. 이러한 현상은 이미 러시아와 미국에서 수차례 관찰되었으며, 실제로 미국에서는 이를 기초로 지진을 성공적으로 예보하기도 했다.지진발생의 전조현상들은 현재 암석 부피가 변형력에 의해 비선형적으로 팽창하는 성질, 즉 디일레이턴시(dilatancy)에 그 원인이 있는 것으로 보인다. 암석은 대규모 단층으로 쪼개지기 전에 변형력의 증가에 의해 미세하게 쪼개지기 시작하며 부피가 증가한다. 디일레이턴시 이론에 의하면, 지진이 발생하는 지역에서는 장기간에 변형력이 서서히 작용하므로 결국 한 지점의 암석이 미세하게 쪼개지기 시작하여 디일레이턴시 현상을 나타낸다.암석 내부의 갈라진 틈이나 작은 구멍들은 물이나 액체로 차 있어 공극압력(孔隙壓力)이 존재한다. 암석 내부에 갈라진 틈이 차지하는 부피가 증가하면 공극압력은 감소하고 암석의 강도는 증가한다. 동시에 암석의 갈라진 틈에 매우 민감한 암석의 전기전도도나 지진파의 전달속도 등에 변화가 생기는 등 여러 전조현상이 나타난다. 시간이 경과하면 물이 인접지역으로부터 갈라진 틈으로 흘러들어와 공극압력을 정상화시키므로 이러한 현상들이 사라지고 다시 암석을 약화시켜 지진을 발생시킨다.이러한 연구에서의 중요한 점은 다가오는 지진의 규모가 클수록 갈라진 틈이 차지하는 부피가 크고, 따라서 주위로부터 물이 유입되는 데 더 많은 시간을 필요로 한다는 것이다. 즉, 지진의 규모가 클수록 전조현상은 오랫동안 나타난다는 것이다. 이것은 지진의 발생장소와 시간은 물론, 규모까지도 예보할 수 있음을 의미한다. 현재 이러한 전조현상은 대략 수십여 차례의 지진들에 대해 발견되었으나, 모든 지진에 대해서 나타나는지는 아직 분명하지 않다.지진발생시 하다.

자연과학| 2003.10.12| 18페이지| 1,000원| 조회(1,238)

지진, 화산, 판 구조론, 판경계

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[자원, 환경, 에너지] 열병합 발전소에 대해서 평가C아쉬워요

◎ 열병합 발전(steam supply and power generation)이란?열병합 발전은 전력과 열을 동시에 발생시켜 에너지 이용률을 70∼85%(기존 발전의 2배 이상)로 높이는 발전 체계를 말한다. 즉, 증기 터빈, 가스 터빈 등 각종 엔진으로 발전기를 구동해 전기를 생산하고, 구동기에서 발생하는 배열을 거두어 효율적으로 사용한다. 예를 들어, 화력 발전소에서 증기 터빈으로 발전기를 구동하고 터빈의 배기를 이용해서 지역난방을 하는 경우이다.열병합 발전소 시설은 크게 발전시설과 열 생산 시설로 나누어지며 아래의 그림처럼 간단하게 살펴볼 수 있다.◎ 열병합 발전의 발전 과정열병합 발전 체계는 원래 북유럽에서 화력 발전소에서 나오는 막대한 양의 냉각 배열을 주변 지역의 난방열로 공급하면서 시작되었다. 1970년대 두 차례의 석유 파동이 일어난 뒤, 지역 난방을 목적으로 하는 대규모 집중형 열병합 발전 체계는 전력과 열을 수송하는데 경제성이 없다는 것이 밝혀져 소규모 분산형 열병합 발전 체계가 빠른 속도로 개발 보급되고 있는 것이 선진국의 추세다.예컨대 서독은 열병합 발전 체계를 가장 오래전부터 개발해온 나라이고, 미국 또한 1971년에 '국가 에너지 조례'를 제정하여 소규모 열병합 발전 체계를 비롯하여 복합 발전 체계를 보급하는데 힘쓰고 있다.일본의 경우에 공장의 자가 열병합 발전 체계는 이미 오래 전부터 보급되기 시작하였으나, 소규모 분산형 열병합 발전 체계는 1979년이 지나면서 급격히 보급되기 시작하였다. 특히 석유 대체 에너지로서 LNG가 급격히 보급되면서 가스 회사,엔진 제조 회사, 전기 회사들이 앞장서서 자기 회사의 영업소 등에 가스 엔진 구동 소규모 열병합 발전 체계를 설치하여 시범운전하고 있다.1987년 일본의 통산성에서는 민간 기구로서 코제너레이션(cogeneration) 연구회를 조직해, 각 대학과 연구소의 전문가를 개인 회원으로 가스회사, 전기 회사, 엔진 제조 회사, 시공 회사 등을 회원으로 가입시켜 정보를 교환하고 체계를 개발하는 데 박차를 가하였다. 그 결과로 최근 수십 kW급에서 수백 kW급에 이르는 소규모 분산형 열병합 발전 체계가 해마다 80∼100기 정도씩 일본 전국에 보급되고 있다.현재 일본에서 열병합 발전에 의한 발전량은 일본의 총발전량의 6∼7%에 이르는 것으로 알려져 있다. 이러한 일본의 사례는 우리에게 시사하는 바가 크다.열병합발전 시스템 개요도(1) 열발생 설비(1∼6)열병합 보일러에서는 청정연료인 액화천연가스를 사용하여 시간당 100∼150 ton의 증가를 발생시킵니다. 그리고 보조 보일러와 소각폐열 보일러가 있습니다. (1∼6)(2) 전기발생설비 (7∼11)열병합 보일러에서 생산된 증기는 증기터빈 (8000RPM)에서 발전기를 거쳐 시간당 22,000 kW의 전기를 생산합니다. 생산된 전기는 소내에서 사용되고 남는 전기는 한전에 판매합니다.(3) 열공급설비 (12∼19)증기터빈을 거쳐 나온 증기는 회수된 열 수송관의 온수와 열교환을 하여 약 467Gcal/h의 열을 생산하여 생산된 온수는 80 ∼120 로 공급 배관망을 통하여 각 사용처에 24시간 연속 공급하고 있습니다. (12∼19)(4) 열사용설비 (20∼23)열병합 열교환기와 보조 열교환기를 통과한 온수는 각 사용처에 설치된 열교환기를 거쳐 난방과 급탕에 이용되며 사용 후 40 ∼70 로 낮아진 온수는 회수관을 통하여 공급시설로 되돌아옵니다. (20∼23)◎ 열병합 발전의 장단점(1) 장점① 에너지 이용 효율의 향상을 통해 대기오염을 저감할 수 있다.② 발전설비가 수요지와 인접되어 있기 때문에 송전 손실이 감소된다.③ 집단화에 따른 공해방지 설비 설치가 용이하며 설비비도 절감된다.④ 화재 등 재해발생 확률이 감소한다.⑤ 저질 연료 또는 쓰레기 등의 폐자재 이용이 가능하다.⑥ 고효율 에너지 시스템 사용을 통한 에너지 절약 및 비용절감이 가능하다. (20~30%)⑦ 여름/겨울철의 전기/열수요 불균형에 대응할 수 있다.- 지역난방 부문 : 지역난방열을 하절기에 냉방열을 열원으로 활용⑧ 주어진 조건에 적합한 연료 선택이 가능하다.⑨ 산업 및 주거부문에 편익제공- 산 업 : 양질의 저렴한 에너지공급으로 기업경쟁의 강화- 주 거 : 24시간 연속난방으로 쾌적한 주거환경 조성(2) 단점① 초기 투자비가 많이 든다.② 지역 난방용의 경우 지역의 오염도가 증가한다.③ 숙련된 인력이 필요하다.④ 에너지 이용효율은 좋으나 발전 효율이 떨어진다.◎ 열병합 발전 시스템의 종류열병합 발전은 열이 공급되는 용도에 따라 생산 공정용, 지역 난방용, 급탕용 등으로 나눌 수 있다. 우리 나라의 경우 수도권 신도시의 대규모 아파트 단지에 집단 에너지 공급을 위한 열병합 발전을 하고 있다.1. 폐열 회수 발전생산공정에서 발생하지만 유효하게 사용되지 못하고 방출되는 양질의 폐열을 폐열회수 보일러를 통해 회수함으로써 고온/고압의 증기를 생산하고, 생산된 증기를 이용해 증기터빈을 구동시킴으로써 전력 및 증기를 생산하는 방법이다. 소각로, 시멘트플랜트, 제철설비 등에 대표적으로 적용할 수 있다.2. 차압 발전보일러에서 생산한 고온/고압의 증기를 해당공정에 필요한 압력으로 감압시, 감압밸브 대신에 증기터빈을 이용함으로써 해당 압력의 증기도 사용하고 전력도 생산하는 방법이다.3. Bio Gas 발전생활쓰레기, 축산쓰레기 또는 생활하수를 처리하는 과정에서 발생하는 유해 성분인 메탄가스를 활용하여 전력과 증기 또는 온수를 생산하고 부산물을 처리하는 방법.4. Land Fill Gas 발전쓰레기 매립지에서 발생하는 유해 성분인 메탄가스를 활용하여 전력과 증기 또는 온수를 생산하는 방법. 쓰레기 매립장의 규모, 조성 등에 따라 설비 조건이 달라지며 발생가스의 전처리 설비 구성 등이 매우 중요한 기술요소이다.5. 복합 발전가스터빈을 이용하여 전기를 생산하고, 배출되는 배기가스를 활용하여 폐열회수 보일러에서 증기를 생산한 뒤 이를 증기터빈으로 보내 전기를 생산하고 배기 증기를 공정용 증기나 급탕 및 냉/난방용으로 사용하는 열병합발전 시스템을 복합발전이라 한다.6. 기타 열병합 발전그 외에 가스터빈 열병합 패키지, 가스엔진 열병합 패키지, 스팀터빈 열병합 발전 등 다양한 형태의 열병합발전 시스템이 있다.◎우리나라의 열병합 발전열병합 발전은 공업 단지와 산업체 및 아파트 단지 등을 중심으로 근래에 많이 건설되고 있다. 분당이나 평촌 등의 신도시나 서울 신정ㆍ목동ㆍ노원 열병합 발전소에서 전기와 열을 생산한다. 특히, 최근에는 에너지 소비가 많은 섬유ㆍ제철ㆍ시멘트ㆍ석유화학업체들이 에너지 이용을 극대화할 수 있는 열병합 발전소를 선호하면서 그 비중이 높아지고 있다.분당 지역의 열병합 발전 설비는 전력과 증기를 동시에 생산하여 전기는 수도권 전력 수요처에 공급하고, 증기는 열교환기를 통하여 물을 가열, 인근 지역의 아파트 단지에 난방 및 급탕용 온수로 공급한다. 가스 파이프 라인을 통하여 온 액화 천연 가스(LNG)를 연소시켜 가스 터빈을 돌려 약 40만 kW의 전기를 얻고, 여기서 나오는 고온의 배기 가스를 이용하여 증기 터빈을 돌려 다시 20만 kw의 전기를 얻게 된다. 이 때 증기 터빈으로부터 저온 저압의 증기를 뽑아 내어 지역 난방용 급수 가열기를 가동하여 온수를 각 가정에 공급한다.

공학/기술| 2003.08.24| 7페이지| 1,000원| 조회(2,547)

열병합, 열병합 발전, 열병합 발전소

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수질오염이란

* 수질오염이란?자연수역(自然水域)의 수질이 폐물질(廢物質)의 유입 때문에 수질을 오염시키는 일.자연수역이라 함은 일반적으로 하천·호수·해역 등과 같이 눈에 띄는 표면수를 가리키며, 폐물질이라 함은 가정폐수·공장폐수 등 문명사회로부터 배출되는 액상폐기물을 가리킨다. 그리고 바람직하지 않게 변한다고 함은 용수(用水)로서의 가치와 외관이 저하되고, 환경보전 및 국민보건에 역영향을 끼치게 된다는 뜻이다.* 수질오염의 원인1. 생활하수수질을 오염시키는 원인중에 가장 큰 원인으로 일상생활에서 발생되는 각종 생활오염 물질로 음식물 찌꺼기, 각종 세제, 세탁폐수등이 이에 속한다. 우리가 이용하는 물중에 약 90%가 생활하수로 발생한다.2. 가축으로 인한 오염인간이 소, 돼지, 닭등 각종 가축을 기르게 되면, 가축 분뇨 및 사료 등이 물 속에 유입 되어 수질이 오염되며, 농촌지역 하천의 경우 대부분 축산폐수로 수질 생태가 악회되는 경우가 많다.3. 분뇨로 인한 오염사람이 매일 발생시키는 분뇨는 분해되는데 생화학적 산소요구량이 20000PPM이며 이것이 정화되지 않고 하천이나 바다로 유입되면, 수질은 크게 오염된다.4. 유독물질로 인한 오염우리 사회의 산업발달로 각종 비료는 물론 농약의 종류가 다양해지고 있으며, 납, 카드늄 수은등 중금속의 사용과 화공약품 등이 물속에 유입되면 물은 크게 오염되며 먹이사슬을 통하여 사람은 물론 동,식물에게 치명적인 피해를 주게 된다.5. 산업폐수각종 공장을 가동하기 위해서는 물이 필수적으로 이용되어야 하는데 이과정에서 발생되는 오염불질을 산업폐수라 하며 산업공정폐수(産業工程廢水)라고도 한다. 생활하수·축산폐수와 함께 수질오염을 일으키는 3대 점오염원 가운데 하나이다.※ 3대 점오염원이란?생활하수·산업폐수·축산폐수처럼 오염물질이 특정한 지점에서 발생하는 것을 말한다.특정오염원, 고정오염원, 고정발생원 이라고도하는데 수질오염을 일으키는 오염원을 오염물질의 처리 및 관리의 측면에서 구분하는 요소 중 하나이다. 오염물질이 특정한 지점 또는 비교적 좁하류와 주변의 생물학적 상태를 향상시키고 ③ 산업폐수가 도시 하수처리장으로 방류되기 전에 전처리(前處理)를 확실하게 하도록 하기 위한 프로그램을 발전시키는 것 등을 들 수 있다.*산업폐수의 현실국내에서 1999년 말 현재 발생되는 오·폐수는 하루 2054만 1000t에 이른다. 이 중 생활하수는 1627만 3000t으로 가정·상업지역·공공시설 등에서 배출되는 것을 말하는데, 사람이 주된 오염원이 되고 있다. 산업폐수는 주로 제품제조·수리·세척 등 제조업시설에서 배출되고 있으며 하루 406만 8000t이 발생된다. 축산폐수는 소·돼지 등 가축사육과정에서 나오는 축산분뇨를 말하며 발생되는 양은 하루 12만 1000t이다보통 공장폐수만을 말하기도 하는데, 그것은 제조업 시설에서 배출되는 폐수의 오염농도가 다른 업종보다 높고 오염부하량이 절대적으로 많기 때문이다. 그러나 산업이 다양화·고도화·대형화함에 따라 각 분야에서 새로운 형태의 오염원이 생겨날 뿐 아니라 배출량이 적고 오염도가 낮았던 기존의 산업 분야에서도 점차 심각한 상태로 확산되는 추세이다.농사에 쓰이는 비료의 원료에는 사업장 폐기물이 쓰이기도 하는데, 이로 인해 식물과 인체가 피해를 입을 뿐 아니라 중금속이 토양에 축적되어 농지의 오염이 발생하기도 한다. 최근에는 비료의 과다 사용으로 인해 유출된 질소와 인이 호소의 부영양화를 일으켜 새로운 문제로 대두되고 있다. 호소로 흘러드는 질소나 인의 배출원 중 농업배수가 차지하는 비율은 질소가 25~40%, 인이 14~15%이다.1998년 기준으로 전국 906개 금속광산 중 14%인 127개소가 지반침하와 광석가루, 갱내수 유출 등으로 광해를 일으키고 있다. 이중 휴·폐 광산은 894개소로 전체 광산의 98.7%를 차지하며, 토양오염의 주원인이 되는 휴·폐 금속광산은 303개소이다. 이들 광산의 토양은 카드뮴·납·아연 등 중금속의 함유도와 토양의 산도가 일반 지역보다 훨씬 높은데, 이러한 성분이 비나 갱내 분출수에 섞인 채 배출되어 근처의 토양과 지하수를 오염시킨는 1999년 말 기준으로 3만 7621개 폐수배출 시설에서 1일 406만 8000t이 발생하였다. 생활하수에 비하여 배출량은 적지만 고농도의 오염물질을 함유하고 있어 수질오염에 큰 비중을 차지한다. 배출시설의 설치허가나 신고를 받은 폐수배출 업소의 배출량은 산업체의 규모와 형태, 물 재사용률, 폐수처리 방법 등에 따라 다른데, 여러 공정에서 사용되는 용수의 85~95%가 폐수로 배출된다. 배출허용 기준은 수질환경보전법에서 규정하고 있으며, 폐수배출량 규모(1일 2,000t 기준)에 따라 1~5종으로 차등화한다. 또한 지역에 따라 차등화하여 6단계로 구분·적용하고 있다. 산업단지 지역은 주로 산업폐수종말처리시설을 설치하여야 하며, 그밖의 개별 공장의 경우도 자체적인 오염방지시설을 설치하여 법령이 정한 배출기준에 맞게 처리하여야 한다. 배출시설 이외의 산업시설에서 발생되는 폐수는 생활하수에 포함시키고 있다.*산업폐수 오염물질1.비소-성질회색과 황색, 흑색의 3가지 동소체가 있다. 보통의 비소는 회색이며, 금속비소라고도 한다. 약간 금속광택을 가진 마름모결정계(삼방결정계)로 굳기 3∼4이다. 열의 양도체이며, 전기전도도는 은의 42%로 상당한 금속성을 보인다. 이황화탄소에는 녹지 않는다. 증기를 급랭하면 황색 동소체가 되는데, 이것은 투명하고 납(蠟)과 같이 부드러운 등축정계의 작은 결정이다. 비중 3.9로, 전기의 불량도체이며 이황화탄소에 녹고, 마늘 비슷한 냄새가 난다. 수증기와 함께 휘발한다. 강한 환원성을 지니며, 불안정하지만 약하게 가열하거나 빛을 조사(照射)하면 회색비소로 변한다.이 밖에 비화수소의 열분해에 의하여 생기는 비결정성 비소가 있다. 이것은 흑색비소라고도 하며, 성질은 회색비소와 황색비소의 중간 정도이다. 일반적으로 비소의 화학적 성질은 인(燐)과 비슷하며, 인보다 금속에 가깝다. 공기 속에서 가열하면 청백색 불꽃을 내며 타서 산화비소가 된다. 할로겐·황과는 직접 작용한다. 묽은 황산, 저온의 묽은 질산에 거의 변하지 않으나, 진한 황산·질산는 알루신에서 0.1∼0.15g, 아비산에서는 0.1∼0.3g이다.② 만성 독성 : 3∼6mg/l의 양을 장기간 섭취하여도 일어나며, 일반적으로는 목, 코, 눈 등의 점막 엽증에 의어, 근육약화, 식욕감퇴가 일어난다. 또한 피부의 흑색색소침착, 각화, 탈모도 나타난다.2. 크롬지구상에는 널리 존재하지만 그 양은 그다지 많지 않으며, 클라크수는 0.02로 제21위이다. 천연으로는 유리상태로 산출되는 경우는 없고, 보통 크롬철석 FeCrO4, 홍연석 PbCrO4 등에 함유되어 있다. 주요 산지는 우랄 ·로디지아·트란스발·뉴칼레도니아·그리스 등이다. 루비의 분홍색, 에메랄드의 녹색 등의 착색 원인이 되어 있다.-성질은백색 광택을 갖는 단단하면서도 잘 부서지는 금속으로, 굳기 4∼5이다. 시판되는 크롬은 철 ·알루미늄 ·규소 등이 불순물로 함유되어 있으나, 순도(純度)는 99% 전후이다. 전기분해 크롬은 순도가 더 높다. 강자성(强磁性)이며, 상온에서는 안정하며 공기 및 물 속에서 변화하지 않는다. 강열(强熱)하면 할로겐·황·질소·탄소 등과 직접 반응한다. 염산이나 황산에는 수소를 발생하며 녹지만, 진한 질산이나 왕수(王水) 등 산화력을 가지는 산에는 녹지 않고, 또 이들 산에 담가 둔 것은 표면에 부동태(不動態)를 만들어 보통의 산에도 녹지 않는다. 화합물에는 2가(수용액은 청색), 3가(수용액은 녹색∼보라색), 4가(수용액은 불안정), 5가(수용액은 불안정), 6가(수용액은 황색∼오렌지적색)의 것이 있는데, 3가(예를 들면, 크롬백반 K2SO4·Cr2(SO4)3·24H2O 등)나 6가(예를 들면, 중크롬산칼륨 K2Cr2O7 등)의 화합물이 중요하다. 2가의 화합물은 강한 환원성을 가지며, 6가의 화합물은 강한 산화성을 지닌다.- 영향① 급성 독성 : 6가 크롬은 부착이나 분진 흡입으로 인한 피부, 기관, 폐등에 염증과 궤양을 일으키는 것으로 오래전부터 알려져 있지만, 경구적으로 6가 크롬염은 다량 섭취하면, 구토, 설사, 복통, 뇨량간소, 간장해, 경련, 혼수 등 경우이고, 주요 광석은 진사 HgS이다. 클라크수는 제65위, 바닷물 속에는 약 0.15 μg/ℓ 함유되어 있다.-성질은백색의 금속광택이 나는 무거운 액체이다. 고체로는 주석백색의 금속광택이 되며, 전성(展性) ·연성(延性)이 크고 칼로 자를 수도있다. 비중 ·증기압은 ［표］와 같다. 팽창률이 크며, 또한 상당히 넓은 온도 범위에서 일정하다. 철 ·니켈 ·코발트 ·마그네슘 등을 제외한 대부분의 금속과 아말감을 만들며, 저장할 때는 흔히 철로 만든 그릇을 사용한다. 염산에는 녹지 않지만, 질산에는 녹아 질산수은이 된다. 공기 중에서 건조할 경우에는 안정하지만, 300 ℃ 이상에서 산화수은이 되고, 400 ℃를 넘으면 다시 분해하여 수은이 된다. 습한 공기 중에서는 표면이 산화하여 회색 피막이 생긴다. 또 황과 서로 문지르면 쉽게 황화수은이 된다.-영향유독하며, 증기를 조금씩이라도 장기간 흡입하면 중독증세가 나타난다. 화합물에도 유독한 것이 많은데, 특히 승홍(昇汞)은 0.6 g이 치사량이며, 또한 유기수은에 의한 중독은 미나마타병을 비롯한 환경오염과 관련하여 중요한 문제로 되어 있다.4. 카드늄천연으로는 카드뮴 114와 7종의 동위원소가 존재한다. 친동원소(親銅元素)이다. 단독으로는 광상(鑛床)을 이루지 않고, 항상 아연광물에 수반해서 소량(1 % 이하)이 산출된다. 카드뮴 광물로는 황화카드뮴석이 있으나, 산출량이 극히 적다. 따라서 아연 제련시의 부산물로 생산된다.-성질금속 광택이 나는 청색을 띤 은백색의 부드러운 금속이며, 칼로 깎을 수도 있다. 연성(延性) ·전성(展性)이 풍부하여 가공하기 쉽다. 수은과는 아말감을 잘 만들며, 공기 중에서는 표면만이 산화되고 내부는 침식당하지 않는다. 또, 공기 중에서 강하게 가열하면 적색 불꽃과 갈색 연기를 내면서 연소하여 산화물이 된다. 할로겐을 가열하면 잘 반응하나, 수소나 질소 ·탄소 등과는 직접 반응하지 않는다. 묽은 질산에는 쉽게 녹고, 뜨거운 염산에는 서서히 녹는다. 차가울 때는 황산에 침식되지 않지만, 가열난다.

자연과학| 2002.04.22| 7페이지| 1,000원| 조회(971)

수질오염, 산업폐수, 생활하수

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[해양] 유럽 해양에너지 자원이용 평가A좋아요

1.해양자원이란?해양자원을 크게 나누어 보면 해양 생물자원, 광물자원, 에너지자원, 공간자원, 남극의 미개척자원 등으로 구별할 수 있다.이들 자원의 개발을 통해1 동물성단백질(식량) 확보2 광물자원의 장기간 안정적 수급3 해수 및 해양에너지 자원의 이용4 해양공간의 다면적 확보5 과학기술의 발전 및 파급과 같은 효과를 얻을 수 있다.1) 해양 자원의 종류1 해양생물자원해양생물자원은 가장 기본적인 자원으로 막대한 양의 식량자원을 제공해주는 한편 사료, 관상용 등으로 많이 이용되고 있다. 이외에도 약품, 연료, 화장품, 도료의 원료를 제공해주고 있으며, 특히 진주조개에서는 보석을 채취하는 기술이 개발되어 일본을 비롯 국내에서도 생산이 되고 있다. 이밖에도 고래, 물개, 하마, 열대어 등은 관상용으로 많은 사랑을 받고 있는데 이러한 여러 종류의 어족이 풍부하게 살고 있는 해역은 그 자체만으로도 하나의 자원이 되어 관광잠수선 및 해중전망탑, 해양수족관 등 관광산업에 이용되고 있다.2 비생물자원(광물자원)전세계의 대륙붕에서는 석유와 천연가스를 개발하려는 노력이 계속되고 있으며, 해저에 매장된 각종 유용광물이나, 심해저의 망간단괴와 유화광물의 개발이 활발히 추진되고 있다. 또한 머지않아 해수중에 용존된 우라늄과 리툼 등 전략적 가치가 큰 용존물질들이 경제성을 가질 수 있을 것으로 판단됨에 따라 이 분야의 기술개발에도 국가적 투자가 가속화되고 있다.3 해양에너지지구 표면의 3분의 2를 차지하는 바다는 해면에 도달하는 태양열의 대부분을 흡수, 저장하는 열저장 창고이며, 물로 이루어진 거대한 유동체여서 그 자체가 에너지의 보고다. 위도에 따른 해면의 온도차는 대기의 온도와 기압의 변화를 수반하면서 바람과 해류, 파랑을 일으키는 원동력이 되고 달의 인력은 하루 두 번씩 조석 현상과 조류를 유발시킨다. 이러한 해수의 온도·밀도차, 해류, 파랑, 밀물과 썰물 등으로 인한 유동현상은 방대한 양의 에너지를 동반하면서 해양에너지 자원을 형성하고 있다. 이 에너지는 재사용이 불가능한 석유, 석탄 등과는 달리 무한히 쓸 수 있는 순환 에너지란 점과 공해를 유발하지 않는 클린 에너지라는 점에서 '꿈의 에너지'로 떠오르고 있다4 공간자원오늘 날 해양공간은1 생활의 장2 공업생산의 장3 저장의 장4 레저의 장5 교통·수송의 장6 폐기물처리의 장(해양의 자체정화력 포함)으로 정의할 수 있다.이용형태를 보면 매립에 의한 도심부 과밀해소, 용지난 및 소음공해 해결을 위한 해상공항, 어업생산과 위락공간으로서의 해양목장, 각종 레저의 장으로서의 공간이용 등을 들 수 있다.도시의 발달은 새로운 중심과밀을 가져와 대규모 해상독립도시의 계획에까지 이르고 있다.2. 유럽 기타국의 해양자원 개발1) 조력발전1 조력발전이란?- 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 외해와 조지내의 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 외해와 조지내의 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 해양에너지의 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다.2 원리-{조력발전의 원리는 간단하다. 바닷물이 가장 높이 올라왔을 때, 물을 가두었다가 물이 빠지는 힘을 이용해 발전기를 돌리는 것이다. 수력발전소와 비슷한 원리인데, 차이점은 수력발전의 낙차가 수십m인 데 비해 조력발전은 낙차가 보통 10m이하라는 점이다. 따라서 효율이 좋은 수차발전기를 개발하는 것이 관건이라고 할 수 있다. 밀물 때 수문을 닫아 두었다가 문을 열면 물이 쏟아져 들어오면서 터빈을 돌려 발전하게 된다. 썰물 때는 터빈의 날개가 반대 방향으로 돌면서 다시 발전하게 된다.{http://my.dreamwiz.com/kimcwoo/index1.htmhttp://cyberlab.honam.ac.kr/javap/electric/electric/seaforceRES/seaforce.html3 장점- 조력발전은 발전을 하는 지점이 결정되면 그 지점에 있어서 조위(潮位)의변화를 예측 할 수 있다.- 청정에너지이다.4 단점- 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점들이 있다.- 조수 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다.5 현황- 프랑스의 브르따뉴 지방의 랑스 하구에는 밀물과 샐물의 차이가 13.5m나 벌어지고 밀물이 들어오고 나갈 때의 조류의 용량이 매초 5천m3나 된다. 프랑스는 1966년 이 곳에 일당 최고 24만kW를 발전할 수 있는 조력발전 소를 완공했다. 프랑스는 먼저 콘크리트 케이슨으로 랑스강 하구에 댐을 건설하여 우리 나라의 팔당댐 보다 약간 적은 용량인 1만8천4백만 입방미 터의 물을 담을 수 있는 저수지를 만들었다. 만조 때 이 저수지를 가득 메 운 바닷물은 간조 때 낮아진 해면으로 떨어지면서 24개의 터빈 발전기를 돌린다. 바닷물이 저수지로 밀려 들어올 때도 발전기를 돌려 효율을 높일 수 있다.프랑스는 24만 kw급의 랑스 조력발전소에 이어 연간 30억 kW규모의 조력발전소를 계획했으나 아직도 계획선에 머물러 있다.- 구 소련은 1968년 실험용 조력 발전소를 준공했다.- 중국은 발해에서 북부만에 걸쳐 8기의 조석발전소를 보유하고 있는데 그 용량은 모두 합쳐 6천kW이다.{{2) 파력발전1 파력 발전이란?파도에 의해 수면이 주기적으로 상하운동을 하면, 물입자는 전후로 움직이는데 이 운동을 에너지 변환장치를 통하여 전기에너지로 변환시키는 것을 말한다.2 원리파도의 상하 운동에너지를 전기 에너지로 전환하는 것이다.파력발전의 시스템의 내부는 밑 빠진 병 모양으로 아래쪽이 바다에 잠겨있어 파도가 출렁거리면서 내부 공기를 위 아래로 움직이게 한 다. 위쪽의 좁은 구멍에서는 공기의 상하 운동 속도가 빨라져 이 공기가 터빈을 돌려 발전을 하는 것이다. 파고가 2m에 달할 경우 공기의 운동 속도는 평균 17m/s에 달해 강풍에 해당한다{{http://enet.or.kr/revival_e/2001/heyang_01.htm#23 장점- 소규모 개발이 가능하고 방파제로 활용할 수 있어 실용성이 크다.- 한번 설치해 놓으면 거의 영구적으로 사용할 수 있고 공해를 유발하지 않는다4 단점- 심한 출력 변동과 대규모 발전 플랜트를 해상에 계류시키는데 기술적인 어려움이 있다.- 입지 선정이 까다롭다.- 현재의 기술 수준으로는 초기 제작비가 많이 들어 발전 단가가 화력 발전 의 2배에 달한다.5 현황- 영국루이스(Lewis)섬 근해 수심 21m의 해역에 진동수주방식을 이용한 5,000Kw 급 파력발전소를 건설하여 운영중에 있다.벨파스트의 Queen's 대학에 75㎾급 파력 발전 장치를 설치하여 가동중이 다.- 덴마크34㎾급 발전소에 대한 실증 실험을 진행하고 있다.- 노르웨이500㎾급 발전소를 건설하고 있다.- 인도네시아발리섬에 출력 1000Kw의 월파저수식 발전소를 노르웨이의 기술로 건설하 여 운영하고 있다.3) 해양온도차 발전1 해양온도차 발전이란?수심에 따른 바닷물의 온도차를 이용한 발전 방식이다. 열대해역에서 해면의 해수 온도는 20 ℃를 넘으나 해면으로부터 500∼1000 m 정도 깊이의 심해에서는 4 ℃에서 거의 변하지 않는다. 이런 표층수와 심층수의 온도차로부터 프레온과 같은 저온 비등 매체를 이용하여 발전하는 기술을 해양 온도차 발전, 줄여서 보통 OTEC이라 부른다.2 원리열대 부근의 바다는 태양열로 데워진 해수면과 수심 600∼700m의 바닷물 사이에 20℃ 이상 온도차가 있다. 가열된 바닷물을 파이프라인으로 끌어 증기를 만드는 장치에 보내면 뜨거운 바닷물이, 끓는점이 낮은 암모니아나 프레온을 증기로 만들고, 이 증기의 힘으로 터빈을 돌려 발전한다. 터빈을 돌리고 난 증기는 심해의 찬 바닷물로 냉각해서 다시 유체로 만들어 계속 사용한다.OTEC 발전 시스템의 원리는 일반 발전소의 가동 원리와 같다. 바다 표면층의 더운물과 심층 냉수간 온도차를 이용해 비등액이 낮은 액체를 증발 냉각시킨 뒤 그 압력차를 이용해 발전하는 것으로 즉, 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 방법이다.{{http://fsm.nfrda.re.kr/exhibition/science/temperature.htmhttp://my.dreamwiz.com/kimcwoo/index1.htm3 장점- 에너지공급원이 무한하다.- 이산화탄소(CO2)와 같은 유해물질을 발생시키지 않는 청정 자연에너지이 다.- 주·야 구별 없이 전력생산이 가능한 안정적 에너지원으로, 특별한 저장 시설이 필요없으며 계절적인 변동을 사전에 감안해 계획적인 발전이 가 능하다.4 단점- 발전설비를 바닷물의 부식성에 영향을 받지 않는 재료로 만들어야 한다.- 생물 때문에 생기는 오염을 막기 위한 대책을 필요로 한다.- 실제 OTEC 발전을 통한 전력 생산시 열역학 시스템의 총 효율은 2.5∼ 3.0% 정도이다. OTEC 발전 시스템에서는 그 무엇보다도 적당한 작동 유체를 개발하고 이를 향상된 열역학 사이클에 적용하여 그 성능을 측 정하고 특성을 연구하는 일이 절대적으로 필요하다.5 현황- 프랑스는 남태평양의 타히티 섬에 5000 ㎾급 해양 온도차 발전소 건설을 계획하고 있다.- 북구의 핀란드도 스페인과 공동으로 저온도차 OTEC 시스템을 이용한 해수 담수화 장치 개발을 추진하고 있고, 자마이카에 MW급 발전소 건 설을 추진중이다.

자연과학| 2001.11.15| 10페이지| 1,000원| 조회(1,279)

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