초록 ▼

□ 연구개요
막여과 생물반응기 (Membrane bioreactor, MBR) 공정은 분리막 기술을 기반으로 한 생물학적 하폐수 처리 공정으로 높은 처리 효율이 장점이다. 하지만 공정 운영에 필요한 에너지 비용 증가나 분리막 수명 단축으로 인한 교체 비용 증가 등을 야기시키는 막오염(membrane fouling)은 여전히 해결하기 어려운 문제이다.

MBR에서의 막오염을 해결하기 위한 방법 중 하나로, 반응기 내 미생물 간의 정족수 감지(quorum sensing)를 억제하는 방법이 시도되었다. 그리고, 이 정족수

□ 연구개요
막여과 생물반응기 (Membrane bioreactor, MBR) 공정은 분리막 기술을 기반으로 한 생물학적 하폐수 처리 공정으로 높은 처리 효율이 장점이다. 하지만 공정 운영에 필요한 에너지 비용 증가나 분리막 수명 단축으로 인한 교체 비용 증가 등을 야기시키는 막오염(membrane fouling)은 여전히 해결하기 어려운 문제이다.

MBR에서의 막오염을 해결하기 위한 방법 중 하나로, 반응기 내 미생물 간의 정족수 감지(quorum sensing)를 억제하는 방법이 시도되었다. 그리고, 이 정족수 감지억제법(quorum quenching)을 MBR에 적용하여 보다 높은 효과를 얻기 위한 연구가 진행되었다. 그러나, 기존의 연구에서는 해당 MBR 내의 정족수 감지에 대한 정확한 정보 없이 정족수 감지 억제법을 적용하고 그 효과를 관찰하여 왔다. MBR의 특성은 조건에 따라 매우 달라지므로, 사전 진단을 실시한 후 최적의 정족수 감지 억제법을 적용할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 다음과 같은 연구 목표를 설정하였다.
- 막여과 생물반응기(MBR)내의 정족수 감지 진단 기술 개발
- 다양한 정족수 감지 억제 기술을 확보 및 최적화

□ 연구 목표대비 연구결과
MBR내의 정족수 감지 진단 기술 개발을 위하여 먼저 유입수의 농도 및 유입수내 성분의 농도를 다르게 하여 주입한 뒤 분석함으로써 유입수 특성에 따른 정족수감지 특성을 확인하였다. 또한, MBR 내의 신호전달물질을 추출하는 액체분배추출법을 연구하여, MBR 내의 신호전달물질 중 AHL을 추출해 정량분석 할 수 있었다. 그리고 기존 신호전달물질 분성방법인 고체 배지(LB agar)와 X-gal을 사용한 방법을 개선하여 생물발광 분석(Bioluminescence assay)법 분석시간을 약 6배 단축하였으며, AI-2 분석법 역시 기존의 생물분석법이 아닌 HPLC-FLD를 사용하여 분석시간을 3시간 이상 단축하였다.

다양한 정족수 감지 억제 기술을 확보하고 최적화하기 위해 다양한 정족수 감지억제 담체를 제조, 적용하였다. 신호전달물질을 분해하는 효소를 분비하는 정족수 감지 억제균(Rhodococcus sp. BH4)을 배양하여 고분자 물질에 섞어 중합반응을 통해 구형, 중공사형, 판형의 정족수 감지 억제 담체를 개발하였으며, 회분식 실험과 공초점레이저주사현미경(Confocal laser scanning microscopy, CLSM) 분석을 통해 정족수 감지 억제 성능을 확인하였다. 그 뒤 제조한 담체를 연구실 규모의 연속 MBR에 주입하여 막오염 저감 효과를 확인하였다. 또한 정족수 감지 억제법의 최적화를 위해 MBR의 특성, 주변 기후의 특성(온도), 담체 형태에 따른 정족수 감지 억제법 가이드라인을 확립하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
세계 여러 곳에 설치 운영되고 있는 MBR은 다양한 공정 구성이 있으며, 지역별 유입 원수의 특성, 반응기 내 미생물의 종류 및 분포, 반응기 운전 조건, 온도를 포함한 해당 지역의 기후 등에 따라 매우 다른 특성을 나타낸다. 그러므로, MBR의 운전 효율을 증가시키기 위해, MBR 내 미생물 간 다양한 정족수 감지 양상에 대한 진단 과정은 필수적이라 할 수 있으며, 정확한 진단과 그에 따른 최적화는 정족수 감지 억제법을 MBR에 적용할 때 필수요건이라 판단된다. 따라서, 이 연구개발의 결과로, MBR 내 정족수 감지에 대하여 진단할 수 있는 프로토콜을 정립하여 정족수 감지 진단 키트의 기반 기술을 마련하였다. 그리고 최적의 정족수 감지 억제법을 적용할 수 있도록 다양한 정족수 감지 억제 기술을 적용하고 최적화하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 가. 연구의 개요 ... 4
• 나. 국내·외 연구동향 ... 4
• 다. 연구의 필요성 ... 4
• 라. 최종 목표 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 가. 연구 내용 및 결과 ... 6
• (1) 1차년도 ... 6
• (2) 2차년도 ... 8
• (3) 3차년도 ... 10
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 가. 기술적 활용방안 및 파급효과 ... 13
• 나. 학문적 활용방안 및 파급효과 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 대표적 연구실적 ... 18
• 끝페이지 ... 33