수환경관리, 1번째 시험, 2014년도 봄학기

Water Environmental Management, 1st Exam, 20140325

Professor Joon Hyun Kim, Dept. of Env. Eng.,

School of Engineering, Kangwon National University

Ch.1 Introduction (서론)

1. 모형에 대하여 다음의 질문에 답하라.

1. Answer the problems such as follows about the model.

1) 모형이란 무엇인가?

1) What is the model?

2) 모형에는 어떤 종류가 있는가?

2) Classify the models.

3) 모형을 이용하여 모델링을 수행하는 작업은 어떤 과정을 거치는가?

3) What kind of processes you have to implement for the modeling by using the models.

4) 수학적 모형과 실험적 모형에 대하여 자세히 설명하라.

4) Make the detailed explanation of the mathematical and experimental models.

2. 환경 모델링의 범위 및 목적에 대하여 기술하라.

2. Describe the scope and objective of environmental modeling.

3. 검사체적을 그리고, 이류유송, 확산이동, 생화학적 반응, 직접 오염 부하항 등을 포함하는 3차원 물질이동식을 유도하라.

3. Derive the three-dimensional mass transport equation including the terms for the advective flux, dispersive flux, biochemical reaction, direct pollutant source for the control volume.

4. 다음의 호수에 대하여 물평형(Water Balance) 관계로부터 물수지식을 유도하라.

4. Derive the water balance equation using the concept of water balance for the lake such as follows :

5. 보정과 검증의 모델링　과정은 무엇인가? 그 차이점은?

5. What is the calibration and verification process of the modeling？　What is the different characteristic of these two probesses?

6. 보정기법의 예로서 하천오염현상을 해석하기 위한 물질이동식을 기술하고 생화학적 반응식에 관련된 파라미터를 추정하기 위한 BOD 분해능 계수의 추정 기법을 실험실의 실험치 및 현자 조사 결과를 바탕으로 수행하는 방법을 기술하라. (선형회귀분석에 대한 구체적인 수학적 기술 필요.)

6. Describe the mass transport equation for the pollution problems in the streams and explain the parameter estimation method of BOD biodgradation coefficient in the biochemical reaction kinetics from the experimental results in the laboratory and form the field sampling results. (You have to describe the specific mathematical method about the linear regression method.)

Ch.2 Transport Phenomena (이동현상)

1. Fick의 확산법칙을 설명하라.

1. Describe the Fick's Law of Diffusion.

2. 수리학적 분산계수를 복합다상이론으로부터 유도하고 분자확산계수를 포함하는 분산계수를 설명하라.

2. Derive the hydrodynamic dispersion coefficient from the composite multiphase concept, and explain the dispersion coefficient including the molecular diffusion coefficient.

3. 평면 오염원(오염된 호수 퇴적물)으로부터 상부 수주까지의 연직 와류 확산에 대한 오염된 퇴적물의 Fick의 제2법칙을 풀어라. 초기 조건(IC)과 경계조건은 다음과 같다.

Solve Fick's second law of diffusion. The problem is for vertical eddy diffusion from a planar source (a contaminated lake sediment) to the overlying water column. The initial condition (IC) is such as follows.

[eqn: C(x) =0 ~at ~t = 0]   (IC)

경계 조건(BC1, BC2)은 반무한 수주(확산의 초기 단계)로 확산되는 일정한 화학 물질에 대한 것이다.

The boundary conditions (BC1 and BC2) are for a constant chemical mass diffusing into a semi-infinite water column (early stages of diffusion).

[eqn: C(+ INF ) = 0 ~for ~all~ t]   (BC1)    [eqn: M = INT _{- INF }^{ INF } C dx]      (BC2)

힌트 : 순간적인 평면 오염원에 대한 시행착오법. 아래 편미분 방정식에 대한 해를 구한다.

Hint : Trial-and-error solution for an instantaneous planar source. Try the solution below for the partial differential equation.

[eqn: {∂C } over {∂t } =E{{∂^2}C}over{∂{x^2}}]       [eqn: C={A}over{t^{1/2}}exp({-x^2}over{4Et})]

여기서 A는 임의의 상수이다.

4. 물질이동식을 해석하기 위한 BOX 모형을 설명하라.

4. Explain the Box model for the solution of the mass transport equation.

5. 완전혼합조, 플러그유동조, 이류확산조에 대하여 다음의 질문에 답하라.

5. Answer the problems such as follows for the CSTR, Plug Flow Reactor, and Dispersive Flug Flow Reactor.

1) 각 반응조의 지배방정식을 그림을 이용하여 유도하라.

1) Derive the governing equation for each reactor using diagram for the mass balance.

2) 각 반응조의 주요 파라미터를 기술하라.

2) Describe the important paramters of each reactor.

3) 각 반응조에 대하여 정상상태의 경우 상미분방정식의 이론해를 유도하라.

3) Derive the analytical solution of the ordinary differential equations for the case of steady state of each reactor.

Ch.3 Chemical Reaction Kinetics (화학반응역학)

1. 0차, 1차, 2차, n차 반응, 효소반응, 가역반응의 경우에 대하여 반응속도식의 해를 유도하라. (n차 반응의 경우 교과서에는 해의 유도과정이 없음).

Derive the solution of the reaction kinetics in the case of 0th, 1st, 2nd, nth, enzyme kinetics, and reversible reaction.

2. 질산화 반응의 3개 연립방정식의 해를 구하라.

2. Derive the solution of the system of the 3 simultaneous equations for the nitrification process.

3. 위의 해를 이용하여 D.O. Sag Curve를 설명하라.

Explain the D.O. Sag Curve by using the solution of the above problem.

4. 전이상태이론과 선형자유에너지관계에 대하여 설명하라.

4. Explain the transition state theory and the relation of the linear free energy.

5. 활성화에너지를 엔탈피와 엔트로피로 나타내어라. 엔탈피와 엔트로피에 대하여 자세히 설명하라.

5. Describe the activation energy in the terms of enthalpy and entropy. Give detailed explanation of the enthalpy and entropy.