하폐수처리를 위한 분리막 생물반응기에서 막오염을 유발시키는 원인물질로 알려진 정족수감지 신호분자인 AHL과 AI-2를 동시 억제하는 연구를 하였다. AHL 분해 효소를 생산하는 BH4와 AI-2 불활성 물질을 분비하는 DKY-1를 각각 하이드로겔 담체에 고정시켜 분리막 생물반응기에 적용시킴으로써 막오염을 효과적으로 제어하고자 한다. 주기적으로 반응기의 신호분자 농도를 LC/MS/MS로 측정하였으며, 막투과 압력 증가 데이터를 바탕으로 막오염의 완화 정도를 살펴보았다. 이외에 총질소, 화학적 산소요구량, 미생물 플록 크기, 미생물 농도 등을 측정하여 반응기의 상태와 폐수의 처리효율을 비교 고찰하였다. 본 연구는 연구재단 이공분야 기초연구사업(NRF-2016R1A2B2013776)의 지원을 받아 수행되었습니다.

바이오파울링은 역삼투막 여과 공정에서 운전 성능을 저해하는 주요 원인이다. 이전 연구들은 분리막 표면에 발생하는 바이오파울링을 제어하기 위해서 화학적 세정제를 주입하는 방법을 주로 사용하였다. 화학적 세정제의 주입은 분리막의 손상뿐만 아니라 이차적으로 수계 오염을 발생시키기 때문에 주입 농도와 운영 방법에 주의가 요구된다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 본 연구에서는 분리막 표면에 생물막 저해제를 고정하여 바이오파울링을 제어하는 연구를 수행하였다. 표면 고정화를 위한 방법으로 Layer-by-layer 기술을 적용하였고, 생물막저해제로 클로르헥시딘과 글루타알데하이드를 사용하였다. 막 표면의 생물막 저해제 고정화는 미생물의 부착 억제 및 사멸로 생물막 형성이 지연되어 운전 성능이 유지되는 효과를 나타냈다.

분리막에 관한 최신의 연구에서는 다양한 분야의 기술을 분리막 분야에 차용하여, 분리막의 성능을 증진시키고 있다. 특히 나노기술과 분리막 제조 기술의 융합연구는 최신 분리막 연구 분야의 하나로 주목받고 있으며, 다양한 나노-하이브리드 분리막이 연구되고 있다. 본 연구에서는 1) 패터닝 기술을 도입한 패턴 분리막의 제조 - 나노 기술의 하나인 패터닝 기술을 분리막 제조 공정에 융합하여, 표면이 패턴화된 분리막을 제조하고 그 성능을 평가하였다. 2) MIL-100(Fe)/CS 등의 나노 입자를 포함하는 분리막의 제조 - 특별한 목적을 가지고 있는 나노입자(MIL-100(Fe)/CS의 경우 항균성 및 친수성)를 분리막 제조에 적용하여 분리막의 막오염 저감 효과를 증진한 분리막을 제조하였다. 에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다.

외래에서 유입된 유해해양생물은 해양생태계의 위협요소이며, 이는 인간의 생활, 경제ㆍ문화 활동, 수중환경 등에 영향을 미치고 있다. 선박을 통한 유해 해양생물의 이동은 여러 가지 원인으로 발생하며 선박평형수 및 선체부착생물 오손이 그 대표적인 원인으로 지목되고 있다. 선박평형수를 통한 유해해양생물의 유입문제는 국제해사기구(IMO)의 선박평형수관리협약이 채택 및 발효되면서 국제적 규제의 기본 체계가 마련되었다. 반면, 선체부착생물오손의 경우는 선박평형수관리협약과 같은 강제협약은 채택되지 않았고 IMO 해양환경보호위 원회(MEPC) 결의서 형태로 권고적 지침만 존재한다. 또한 생물다양성협약의 제8조(h) 및 유엔해양법협약(UNCLOS) 제196조에서는 유해해양생물 유입의 규제에 대한 국가의 일반적인 국제의무를 규정하고 있으나, 이들 협약에는 선체 부착생물오손이라는 구체적인 규제 대상이 명시되어 있지 않다. 이처럼 선체부 착생물오손으로 인한 유해해양생물의 유입에 관하여 강제적이고 구체적인 국제규제체제가 마련되어있지 않기 때문에 현재는 뉴질랜드, 미국 등과 같이 일부 국가만이 자국의 국내법을 통하여 규제하고 있다. 대한민국의 경우는 해양 생태계의 보전 및 관리에 관한 법률(해양생태계법)에서 유해해양생물의 유입에 대하여 규제하고 있으나 동법에서는 선체부착생물오손에 대해서는 구체적으 로 언급하고 있지 않다. 이 논문에서는 먼저 생물다양성협약 및 UNCLOS 하에서의 유해해양생물의 유입 규제를 선체부착생물오손 측면에서 검토하였다. 다음으로, 선체부착생물 오손에 대한 국내적 규제를 실시하고 있는 미국 및 뉴질랜드, 호주의 국내법에 대하여 살펴보고, 일반적인 유해해양생물의 유입에 대하여 규제하고 있는 우리 나라의 해양생태계법 및 생물다양성 보전 및 이용에 관한 법률(생물다양성법) 을 선체부착생물오손 측면에서 검토하였다. 그리고 이를 통해 우리나라의 선체 부착생물오손과 관련한 국내적 대응방안에 대하여 제시하였다.

바이오파울링은 정삼투 공정(FO)에서 비가역성 오염을 야기한다. 바이오파울링 성장과정에서 미생물은 신호전달물질(AHL)의 분비를 통해 의사소통하며, 이를 쿼럼 센싱(QS)이라 한다. 본 연구에서는 Rhodococcus sp. BH4의 용해액에 있는 AHL 분해효소(quorum quencher; QQ)를 이용하여 FO에서의 바이오파울링을 저감하고자 한다. QQ 물질 유무에 따라 P.aeruginosa 종의 막 표면의 바이오필름 성장 및 부착량을 비교한 회분식 실험에서 10mg/L의 QQ 물질이 AHL을 70% 이상 분해함을 확인했다. FO 장치를 이용한 실험실 규모의 연속 실험에서는 10mg/L의 QQ 물질 존재 시 체외 고분자물질(EPS)이 대조군에 비해 80% 이상 감소했다. 위 연구를 통해 QQ가 FO에서 바이오파울링을 저감하는 새로운 방법이 될 수 있음을 확인하였다.

Single-staged anaerobic fluidized ceramic membrane bioreactor (AFCMBR) was operated at 25oC for the treatment of low-strength synthetic wastewater with chemical oxygen demand averaging 260 mg/L. Tubular ceramic membrane consisting of aluminun dioxide (Al2O3) with 0.5 μm pore size was used. Overall COD removal was achieved as 87-95% with effluent COD concentration of 15-30 mg/L at hydraulic retention time (HRT) ranging from 1 to 3 hr depending upon permeate flux. Maintenance cleaning with NaOCl solution improved GAC scouring to reduce biofouling effectively, which allowed TMP less than 0.15 bar at 20 L/m2.hr. Energy required to operate the AFCMBR was reduced to 0.038 Kwh/m3 at 17 L/m2.hr, which was about 17% of the electrical energy converted by methane produced by AFCMBR.

프로펠러 표면의 생물 부착이 프로펠러 성능에 상당한 영향을 미치지만 프로펠러 표면 거칠기와 관련된 연구는 상대적으로 선체 표면에 비하여 많지 않다. 본 연구에서는 Schultz(2007)가 발표한 Granville’s similarity-law scaling 절차에 기초하여 실선 7 m 크기의 탱커 프로펠러에 표면 부착물 상태가 서로 다른 3가지 경우를 고려하여 프로펠러 단독 효율의 감소의 변화를 Lifting surface code를 사용하여 수치적 계산을 수행하여 효율을 비교하였다. 본 논문에서의 결과는 표면 거칠기가 큰 석회질 부착물(ks=0.001)은 선박 설계 속도(J=0.5)에서 최대 15 %의 프로펠러 효율 감소를 보였음을 확인하였으며 이는 선박 운항 시 생물 부착에 의한 효율 감소에 대한 평가가 고려되어야 한다는 점을 나타내고 있다.

본 연구에서는 수처리 RO막 내부 Spacer에 Quorum quenching 항균성 제제를 적용함으로서 사전에 생물막 형성을 억제할 수 있는 기술을 개발하였습니다.

Biofouling in brackish water reverse osmosis (RO) membranes still needs extensive research to understand cause and mechanism and to obtain methods for reduction of its impact on RO applications. Natural compounds with biofilm formation inhibitory properties are being investigated. Two compounds, vanillin and Epigallocatechin gallate (EGCG), were selected due to their great potential on biofilm formation inhibition. Vanillin shows inhibition on quorum sensing mechanisms of biofilm formation. EGCG has potential to inactivate microbial activity. The two compounds were incorporated in typical polyamide reverse osmosis membranes and evaluated on flux behaviours and biofilm formation potential. The surface properties of membrane coated with vanillin were changed tremendously compared to those with EGCG. As a result, the flux was reduced substantially. The biofilm formation seems hindered with EGCG coated membranes compared to the virgin membranes. More research is needed to optimize coating methods applicable to RO membranes and to enhance biofouling reduction.

선박의 이동으로 유입된 유해해양생물은 해양생태계교란을 유발하고 있으며 주로 선박평형수와 선체부착생물의 형태로 유입되는 것으로 알려져 있다. 선박평형수의 이동으로 인한 유해해양생물은 모든 선박에 의무적으로 처리설비를 선박에 설치하도록 강제화되었기 때문 에 상당히 감소되었다. 그러나 선체부착생물의 경우 현재 IMO 가이드라인을 통해 각국에 관리를 권고하는 수준이기 때문에 비 강제화로 여 전히 이동 위험이 존재한다. 특히 선체부착생물은 해양생태계 교란 문제도 있지만 에너지효율 저감에도 영향을 미치기 때문에 IMO 온실가스 감축목표 달성위한 하나의 방안으로 최근 주목받고 있다. 선체부착생물에 대한 관리의 필요성에 대해 국제적 공감대가 증가되고 있기 때문에 강제화 규제로 이어질 가능성이 높다. 따라서 본 연구는 선체부착생물 규제를 이미 시행하고 있는 국가의 사례를 중심으로 우리나라의 선체 부착생물의 관리 방안을 제시하였다.

Mussels are stubborn organism attached to solid substrate by byssus threads and caused operational problems in utility of power generating stations. Sole and combined usage of ultrasonic (28 kHz- and 42 kHz- frequencies) and hydrogen peroxide (H2O2) has studied for control of blue mussel larvae and adult stage in seawater condition. A theoretical wo rking model using disinfection (Chick and Watson type) approaches is presented based on helpful results of experiments. This study also demonstrate that the combined treatment (ultra-sonication with H2O2) is overall highly efficient than individual treatment would, but on the basis of exposure time, the ultra-sonication was the most efficient among them. Therefore the development of sole and combined technique might be effective practical mitigation strategy against mussel attachment for water handling facilities.