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수력학적 조건이 다른 환경에서 막여과 생물반응기용 정족수 감지 억제 기술의 효율 변화
이호성 ( Hosung Lee ),이상현 ( Sang Hyun Lee ),민소진 ( Sojin Min ),채도원 ( Dowon Chae ),손광표 ( Kwang Pyo Son ),강승모 ( Seungmo Kang ),박병규 ( Pyung-kyu Park ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
지난 10여 년간, 미생물의 세포 간 의사소통인 정족수 감지(Quorum sensing, QS)를 저해함으로써 막여과 생물반응기(Membrane bioractor, MBR)의 생물막오염(Biofouling)을 저감하는 연구결과들이 발표되었다. 이러한 연구들의 대부분은 정족수 감지를 저해하는 정족수 감지 억제(Quorum quenching, QQ) 미생물을 분리, 동정하거나 이러한 미생물들을 이용한 QQ 담체의 개발에 치중되어 있다. 그러나, 수투과량(Water flux)이나 역세척(Backwashing)과 같은 수력학적 운전 조건이 QQ의 효율에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하였다. 따라서 이번 연구는 수투과량과 역세척이 QS와 QQ에 미치는 영향을 분석함으로써 MBR에서 QS으로 야기되는 생물막오염에 대해 더 자세히 이해하며 나아가 더 효율적인 생물막오염 저감 전략을 세우는 것에 도움이 되는 것을 목표로 한다. 실험방법은 연구실 규모의 MBR과 회분식 스터드 셀(Stirred cell)을 각기 다른 수투과량 조건에서 역세척의 적용 여부를 다르게 하여 운전하였다. QQ-MBR 운전에는 QQ 미생물인 Rhodococcus sp. BH4를 구형 담체에 고정하여 사용하였으며 또한 아무것도 고정되어 있지 않은 담체를 사용한 대조군 MBR을 동시에 운전하여 수투과량과 역세척에 따른 QQ 효과를 분석하였다. 그리고 분리막 표면에서 일어나는 QS을 더 자세히 분석하기 위해 초록 형광 단백질(Green fluorescent protein, GFP)로 표지된 Pseudomonas aeruginosa PAO1을 사용하여 스터드 셀 실험하였다. 생물막오염의 정도를 분석하기 위해 막간차압(Trans-membrane pressure, TMP)을 분석하였다. 그리고 생물막의 QS 정도를 분석하기 위해 세포외 중합물질(Extracellular polymeric substance, EPS)을 추출하여 분석하였으며, 추가적으로 공초점 레이저 현미경을 통해 각기 다른 조건으로 운전한 스터드 셀에서 생성된 생물막들의 이미지를 분석하여 다공성을 계산하였다. 실험결과, 높은 수투과량보다는 낮은 수투과량 조건에서 QQ의 효율이 더 높았다. 낮은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS 감소가 나타났으며 특히 QQ-MBR에서 더 크게 감소하였는데, 이는 낮은 수투과량 조건에서 QQ와 역세척은 생물막오염저감에 직접적인 상승작용을 하는 것을 의미한다. 반면 높은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS가 오히려 증가하는 것을 확인하였는데, 이는 역세척의 적용에 따른 운전시간 증가가 미생물들이 QS 활동을 개시할 시간적 유예를 준 것으로 분석하였다.
수력학적 조건이 다른 환경에서 막여과 생물반응기용 정족수 감지 억제 기술의 효율 변화
이호성 ( Hosung Lee ),이상현 ( Sang Hyun Lee ),민소진 ( Sojin Min ),채도원 ( Dowon Chae ),손광표 ( Kwang Pyo Son ),강승모 ( Seungmo Kang ),박병규 ( Pyung-kyu Park ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
지난 10여 년간, 미생물의 세포 간 의사소통인 정족수 감지(Quorum sensing, QS)를 저해함으로써 막여과 생물반응기(Membrane bioractor, MBR)의 생물막오염(Biofouling)을 저감하는 연구결과들이 발표되었다. 이러한 연구들의 대부분은 정족수 감지를 저해하는 정족수 감지 억제(Quorum quenching, QQ) 미생물을 분리, 동정하거나 이러한 미생물들을 이용한 QQ 담체의 개발에 치중되어 있다. 그러나, 수투과량(Water flux)이나 역세척(Backwashing)과 같은 수력학적 운전 조건이 QQ의 효율에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하였다. 따라서 이번 연구는 수투과량과 역세척이 QS와 QQ에 미치는 영향을 분석함으로써 MBR에서 QS으로 야기되는 생물막오염에 대해 더 자세히 이해하며 나아가 더 효율적인 생물막오염 저감 전략을 세우는 것에 도움이 되는 것을 목표로 한다. 실험방법은 연구실 규모의 MBR과 회분식 스터드 셀(Stirred cell)을 각기 다른 수투과량 조건에서 역세척의 적용 여부를 다르게 하여 운전하였다. QQ-MBR 운전에는 QQ 미생물인 Rhodococcus sp. BH4를 구형 담체에 고정하여 사용하였으며 또한 아무것도 고정되어 있지 않은 담체를 사용한 대조군 MBR을 동시에 운전하여 수투과량과 역세척에 따른 QQ 효과를 분석하였다. 그리고 분리막 표면에서 일어나는 QS을 더 자세히 분석하기 위해 초록 형광 단백질(Green fluorescent protein, GFP)로 표지된 Pseudomonas aeruginosa PAO1을 사용하여 스터드 셀 실험하였다. 생물막오염의 정도를 분석하기 위해 막간차압(Trans-membrane pressure, TMP)을 분석하였다. 그리고 생물막의 QS 정도를 분석하기 위해 세포외 중합물질(Extracellular polymeric substance, EPS)을 추출하여 분석하였으며, 추가적으로 공초점 레이저 현미경을 통해 각기 다른 조건으로 운전한 스터드 셀에서 생성된 생물막들의 이미지를 분석하여 다공성을 계산하였다. 실험결과, 높은 수투과량보다는 낮은 수투과량 조건에서 QQ의 효율이 더 높았다. 낮은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS 감소가 나타났으며 특히 QQ-MBR에서 더 크게 감소하였는데, 이는 낮은 수투과량 조건에서 QQ와 역세척은 생물막오염저감에 직접적인 상승작용을 하는 것을 의미한다. 반면 높은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS가 오히려 증가하는 것을 확인하였는데, 이는 역세척의 적용에 따른 운전시간 증가가 미생물들이 QS 활동을 개시할 시간적 유예를 준 것으로 분석하였다.
수력학적 조건이 다른 환경에서 막여과 생물반응기용 정족수 감지 억제 기술의 효율 변화
이호성 ( Hosung Lee ),이상현 ( Sang Hyun Lee ),민소진 ( Sojin Min ),채도원 ( Dowon Chae ),손광표 ( Kwang Pyo Son ),강승모 ( Seungmo Kang ),박병규 ( Pyung-kyu Park ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
지난 10여 년간, 미생물의 세포 간 의사소통인 정족수 감지(Quorum sensing, QS)를 저해함으로써 막여과 생물반응기(Membrane bioractor, MBR)의 생물막오염(Biofouling)을 저감하는 연구결과들이 발표되었다. 이러한 연구들의 대부분은 정족수 감지를 저해하는 정족수 감지 억제(Quorum quenching, QQ) 미생물을 분리, 동정하거나 이러한 미생물들을 이용한 QQ 담체의 개발에 치중되어 있다. 그러나, 수투과량(Water flux)이나 역세척(Backwashing)과 같은 수력학적 운전 조건이 QQ의 효율에 미치는 영향에 대한 연구는 부족하였다. 따라서 이번 연구는 수투과량과 역세척이 QS와 QQ에 미치는 영향을 분석함으로써 MBR에서 QS으로 야기되는 생물막오염에 대해 더 자세히 이해하며 나아가 더 효율적인 생물막오염 저감 전략을 세우는 것에 도움이 되는 것을 목표로 한다. 실험방법은 연구실 규모의 MBR과 회분식 스터드 셀(Stirred cell)을 각기 다른 수투과량 조건에서 역세척의 적용 여부를 다르게 하여 운전하였다. QQ-MBR 운전에는 QQ 미생물인 Rhodococcus sp. BH4를 구형 담체에 고정하여 사용하였으며 또한 아무것도 고정되어 있지 않은 담체를 사용한 대조군 MBR을 동시에 운전하여 수투과량과 역세척에 따른 QQ 효과를 분석하였다. 그리고 분리막 표면에서 일어나는 QS을 더 자세히 분석하기 위해 초록 형광 단백질(Green fluorescent protein, GFP)로 표지된 Pseudomonas aeruginosa PAO1을 사용하여 스터드 셀 실험하였다. 생물막오염의 정도를 분석하기 위해 막간차압(Trans-membrane pressure, TMP)을 분석하였다. 그리고 생물막의 QS 정도를 분석하기 위해 세포외 중합물질(Extracellular polymeric substance, EPS)을 추출하여 분석하였으며, 추가적으로 공초점 레이저 현미경을 통해 각기 다른 조건으로 운전한 스터드 셀에서 생성된 생물막들의 이미지를 분석하여 다공성을 계산하였다. 실험결과, 높은 수투과량보다는 낮은 수투과량 조건에서 QQ의 효율이 더 높았다. 낮은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS 감소가 나타났으며 특히 QQ-MBR에서 더 크게 감소하였는데, 이는 낮은 수투과량 조건에서 QQ와 역세척은 생물막오염저감에 직접적인 상승작용을 하는 것을 의미한다. 반면 높은 수투과량 조건에서 역세척을 적용하였을 때 EPS가 오히려 증가하는 것을 확인하였는데, 이는 역세척의 적용에 따른 운전시간 증가가 미생물들이 QS 활동을 개시할 시간적 유예를 준 것으로 분석하였다.
막증류 공정에서 원수 조성에 따른 막오염과 막젖음 연구
손광표 ( Kwang Pyo Son ),임주완 ( Joowan Lim ),강승모 ( Seungmo Kang ),이호성 ( Hosung Lee ),채도원 ( Dowon Chae ),박병규 ( Pyung-kyu Park ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
Membrane distillation (MD) is a thermally driven desalination process separating concentrates from liquid mixture by permeating water vapor through macro-porous hydrophobic membranes based on its volatility. The driving force of this process is the vapor pressure difference triggered by a temperature difference. MD technology has been emerging for next-generation desalination because of its positive benefits such as low production of brine compared to RO technology. However, like other membrane filtration processes, it also suffers from membrane fouling, which leads to flux decline. In addition, it undergoes wetting phenomena causing serious decrease in salt rejection. In this study, we investigated membrane fouling and wetting tendency due to the presence of inorganic and/or organic compounds such as humic acid (HA), ozonated HA, calcium, and magnesium in feed water. In particular, the effect of ozonated HA with different degrees of its hydrophilicity on fouling and wetting was studied by adjusting ozonation time. The tests were conducted using a lab-scale direct contact membrane distillation (DCMD) system. Membrane permeability and salt rejection were measured during operation. After filtration, the liquid entry pressure (LEP) of membranes were measured to find out how much membranes got wetted. Fouling layers on the membrane surface were analyzed by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). Due to the wetting, LEP decreased from 220 kPa of a virgin membrane to 50 kPa after filtration. Inorganic (Ca, Mg 2000 ppm) or organic (HA 50 or 100 ppm) compounds were individually added to the feed solution (sodium chloride 50000 ppm). In the case of calcium and magnesium, the result was not significantly changed. However, in the case of HA, the permeate flux decreased almost 40%. Meanwhile, HA did not show membrane wetting whereas ozonated HA accelerated membrane wetting which increased conductivity in the permeate.
막증류 공정에서 원수 조성에 따른 막오염과 막젖음 연구
손광표 ( Kwang Pyo Son ),임주완 ( Joowan Lim ),강승모 ( Seungmo Kang ),이호성 ( Hosung Lee ),채도원 ( Dowon Chae ),박병규 ( Pyung-kyu Park ) 한국물환경학회 2020 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2020 No.-
Membrane distillation (MD) is a thermally driven desalination process separating concentrates from liquid mixture by permeating water vapor through macro-porous hydrophobic membranes based on its volatility. The driving force of this process is the vapor pressure difference triggered by a temperature difference. MD technology has been emerging for next-generation desalination because of its positive benefits such as low production of brine compared to RO technology. However, like other membrane filtration processes, it also suffers from membrane fouling, which leads to flux decline. In addition, it undergoes wetting phenomena causing serious decrease in salt rejection. In this study, we investigated membrane fouling and wetting tendency due to the presence of inorganic and/or organic compounds such as humic acid (HA), ozonated HA, calcium, and magnesium in feed water. In particular, the effect of ozonated HA with different degrees of its hydrophilicity on fouling and wetting was studied by adjusting ozonation time. The tests were conducted using a lab-scale direct contact membrane distillation (DCMD) system. Membrane permeability and salt rejection were measured during operation. After filtration, the liquid entry pressure (LEP) of membranes were measured to find out how much membranes got wetted. Fouling layers on the membrane surface were analyzed by scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX). Due to the wetting, LEP decreased from 220 kPa of a virgin membrane to 50 kPa after filtration. Inorganic (Ca, Mg 2000 ppm) or organic (HA 50 or 100 ppm) compounds were individually added to the feed solution (sodium chloride 50000 ppm). In the case of calcium and magnesium, the result was not significantly changed. However, in the case of HA, the permeate flux decreased almost 40%. Meanwhile, HA did not show membrane wetting whereas ozonated HA accelerated membrane wetting which increased conductivity in the permeate.