수처리용 분리막 생물반응기에서 막 오염 저감을 위한 정족수감지 억제 미생물이 고정화된 코팅 비드의 제조

Abstract

고도의 하폐수 처리기술로 주목 받고 있는 분리막 생물반응기 (membrane bioreactor, MBR)는 미생물이 분리막 표면에 형성하는 생물막에 의한 막오염 (membrane fouling)의 문제점을 지니고 있다. 막오염의 주요 원인으로서 미생물 간의 신호전달 물질을 통한 정족수 감지 (quorum sensing) 기작이 관여한다는 사실이 밝혀져 있다. 따라서 정족수 감지 억제 (quorum quenching)를 이용하여 신호전달 물질을 분해하는 것은 분리막 오염을 효과적으로 저감시키는 가장 근본적인 접근이라 할 수 있다. 최근 미생물 간의 신호전달 물질을 분해하는 효소를 생산해내는 정족수 감지 억제 미생물을 칼슘 알지네이트 비드에 고정화하여 연속공정 MBR에 적용하여 분리막 오염을 저감시킨 연구가 보고되었다. 하지만 알지네이트는 하이드로겔 (hydrogel) 성질을 가지고 있기 때문에 지속적으로 폐수가 유입되는 MBR 공정에 오랜 시간 적용될 경우 분해되어버리는 단점이 있다. 따라서 칼슘 알지네이트 비드의 지속성을 높이고 내부에 고정화된 정족수 감지 억제 미생물의 활성을 유지시키기 위해 기술적인 개선이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 칼슘 알지네이트 비드 표면에 고분자 코팅 층을 형성함으로써 비드 내부에 고정화된 정족수 감지 억제 미생물의 안정도를 높이고자 하였다. 상전이법을 이용하여 폴리술폰(Polysulfone)으로 알지네이트 비드 표면을 코팅하였으며 코팅 층의 두께는 60 ~ 100 µm 이었다. 고분자 코팅 층의 추가로 인해 물리적 강도와 화학적 안정성은 눈에 띄게 향상되었고 비드 내부의 미생물에 대한 영양소의 전달 효율 또한 유지되었다. 정족수감지 미생물이 고정화된 고분자 코딩 비드를 연속공정 MBR에 50일 동안 적용하였을 때 분리막 오염을 효과적으로 저감시켰고, 지속적으로 코팅-알지네이트 비드의 물리적 강도와 화학적 안정성을 관찰함으로써 MBR 공정에서의 장기간 적용 가능성을 확인하였다.