Comprehensive analysis of biofouling of surface modified membranes in a membrane bioreactor

연구목표

막여과공정에서 막오염(biofouling)은 전체공정의 효율을 저해하는 주요한 요소이다. 본 연구의 최종목표는 막오염을 방지하기 위한 새로운 막을 개발하는 것이다. 여러 친수성 나노고분자를 이용하여 막결합형 생물반응기 (MBR)에 사용되어지는 중공사막을 개발하고, 막표면처리가 생물막(biofilm) 형성과 EPS 특성에 어떠한 영향을 미치는지 분자생물학적 및 분자광학적으로 분석하고자 한다.

연구내용

막표면특성을 변화시키기 위해 여러 친수성 단량체 (음전기적, 양전기적, 또는 음전기와 양전기가 혼합된, zwitter-ionic, 비이온성 친수성수산화물 그리고 PEG)를 이용하여 공중합으로 막표면을 처리한다. 표면처리된 막을 이용해 생물막형성 억제효과를 측정하고 DNA microarray 기술을 이용하여 미생물이 어떤 분자기전을 통하여 생물막을 억제하는가를 조사하고 실제 MBR에서 어떤 미생물군이 생물막 형성에 관여하는지를 pyrosequencing을 통해 밝히고자 한다. 특히, extracellular polymeric substances (EPS)가 생물막형성과 막여과장치 효율에 가장 큰 영향을 미치므로, EPS 특성 (점착성과 층구조)과 표면반응 (흡착과 탈착)을 CLSM, QCM-D와 AFM을 이용하여 분석한다. 최종적으로 새롭게 개발된 최적의 중공사막을 이용하여 실험실 규모의 실제 MBR에 실폐수와 혼합미생물을 사용하여 막오염과 막효능을 측정할 것이다.

기대효과

하폐수처리에 널리 사용되는 MBR공정을 위한 새로운 막재료를 도출하면 기업에서도 관심을 보일 것이다. 본 연구와 공동연구자들은 도출기술에 대한 기업화보다는 특허출원과 기술이전에 관심이 많다. 실험실 규모의 MBR 운전이 성공적이면 실제 공정에 적용하여 장기간의 운전효율을 평가할 것이다.