KR102468429B1 - Biofilm formation inhibiting device and separation membrane water treatment system comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다공성 보호 커버; 및 상기 다공성 보호 커버 내부의 담체;를 포함하고, 상기 담체는 생물막 형성 억제 미생물 및 친수성 고분자로 형성되고, 전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템은 다공성 보호 커버의 향상된 유동성을 통해 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.The present invention is a porous protective cover; And a carrier inside the porous protective cover; wherein the carrier is formed of a biofilm formation inhibiting microorganism and a hydrophilic polymer, and a total density of 1.0 to 1.5 g / mL, characterized in that, a biofilm formation inhibitory device and comprising the same It relates to a separation membrane water treatment system. According to the present invention, there is an effect of effectively controlling the contamination of the separation membrane and stably maintaining the durability of the carrier. In addition, the device for inhibiting biofilm formation and the separation membrane water treatment system including the same according to the present invention have the effect that separation membrane water treatment can be efficiently performed through improved fluidity of the porous protective cover.
Description
본 발명은 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 다공성 보호 커버가 씌워진 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for inhibiting biofilm formation and a separation membrane water treatment system including the same. It relates to a biofilm formation inhibitory device and a separation membrane water treatment system including the same.
생물학적 처리와 분리막 여과를 결합한 분리막 생물반응기는 고도처리 공정으로 30여년 가까이 현장에 적용되어 왔다. 그러나 분리막 표면에서 미생물이 부착하여 성장하는 생물오염은 분리막 생물반응기의 가장 큰 장애요인으로 지적되고 있으며 운전 및 유지관리 비용의 상승을 초래한다. 이로 인해 생물오염은 분리막 생물반응기의 확장을 저해하는 가장 큰 난관으로 여겨지고 있다. 다양한 전후처리 방법들이 적용되고 최적의 운전 방안들이 제시되고 있고, 분리막 선정에 세심한 주의를 기울이고 있다. 그러나 이런 접근들은 여전히 고유한 미생물의 단체 행동으로 유발되는 생물오염 현상을 억제하지 못한다는 문제점이 있다.Membrane bioreactors, which combine biological treatment and membrane filtration, have been applied to the field for nearly 30 years as an advanced treatment process. However, biofouling, in which microorganisms attach and grow on the membrane surface, is pointed out as the biggest obstacle to membrane bioreactors and causes an increase in operation and maintenance costs. Due to this, biofouling is considered the biggest obstacle hindering the expansion of membrane bioreactors. Various pre- and post-processing methods are applied, optimal operation methods are proposed, and careful attention is paid to the selection of separators. However, these approaches still have a problem in that they cannot suppress the biofouling phenomenon caused by the collective action of unique microorganisms.
최근 연구자들의 보고에 따르면, 생물오염은 신호분자를 통한 미생물 간의 소통방법인 정족수 감지에 의해 야기되는 것으로 보고하고 있다. 이를 방지하기 위한 방안으로 정족수 감지 억제의 개념이 개발되었는데, 효소, 박테리아, 곰팡이 들을 이용하며 이들이 미생물 간의 신호전달을 차단하여 생물오염을 효과적으로 억제할 수 있는 실효적인 방법으로 간주되고 있다.According to recent reports by researchers, biocontamination is reported to be caused by quorum sensing, which is a communication method between microorganisms through signal molecules. As a way to prevent this, the concept of quorum sensing suppression was developed. Enzymes, bacteria, and fungi are used, and they are considered an effective method to effectively suppress biofouling by blocking signal transmission between microorganisms.
박테리아를 이용한 정족수 감지 억제 전략은 정족수 억제균이 생성하는 효소에 의한 신호분자의 분해에 근거한다. 한 예로 Rhodococcus sp. BH4 박테리아는 N-acylhomoserine lactone (AHL) 계열의 신호분자를 분해하는 효소를 생성한다. BH4 미생물을 중공사 분리막의 내부에 담지한 용기를 분리막 생물반응기에 설치한 경우 막오염을 효과적으로 제어할 수 있었다. 다양한 종류의 담체 설계가 이루어졌는데, 구슬형, 중공사형, 시트형 등이 개발되어 보고되었는데 물질전달과 물리적 세척효과를 높이는 것으로 조사되었다. 더욱이 정족수 감지 억제와 함께 물리적 혹은 화학적 세정을 병행한 경우 분리막의 여과 및 에너지 효율을 동시에 개선할 수 있는 것으로 파악되었다. 그러나 수용성 고분자를 이용해 제조된 정족수 억제 담체의 내구성이 실제 담체의 적용성 및 실용성과 관련하여 여전히 해결해야할 중요한 이슈로 남아 있다.The quorum-sensing inhibition strategy using bacteria is based on the degradation of signaling molecules by enzymes produced by quorum-inhibiting bacteria. For example, Rhodococcus sp. BH4 bacteria produce enzymes that degrade signaling molecules of the N-acylhomoserine lactone (AHL) family. When the container containing the BH4 microorganisms inside the hollow fiber membrane was installed in the membrane bioreactor, membrane fouling could be effectively controlled. Various types of carrier designs have been made, and bead type, hollow fiber type, sheet type, etc. have been developed and reported, and it has been investigated that they increase mass transfer and physical cleaning effects. Furthermore, it was found that the filtration and energy efficiency of the separation membrane can be simultaneously improved when physical or chemical cleaning is combined with quorum detection suppression. However, the durability of quorum-inhibiting carriers prepared using water-soluble polymers remains an important issue to be solved in relation to the applicability and practicality of actual carriers.
이에 따라 본 발명자는 이러한 미생물의 생물오염 현상을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템을 개발하였다.Accordingly, the present inventors have developed a biofilm formation inhibition device and a separation membrane water treatment system including the same, which can effectively control the biofouling of these microorganisms and stably maintain the durability of the carrier.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the problems as described above, the present invention aims to provide a biofilm formation inhibition device and a separation membrane water treatment system including the same that can effectively control contamination of the separation membrane and stably maintain the durability of the carrier.
또한, 본 발명은 다공성 보호 커버의 유동성을 통해 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템을 제공하는 것을 두번째 목적으로 한다.In addition, the second object of the present invention is to provide a biofilm formation inhibition device and a separation membrane water treatment system including the same in which membrane water treatment can be efficiently performed through the fluidity of the porous protective cover.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다공성 보호 커버; 및 상기 다공성 보호 커버 내부의 담체;를 포함하고, 상기 담체는 생물막 형성 억제 미생물 및 친수성 고분자로 형성되고, 전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제 장치를 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a porous protective cover; And a carrier inside the porous protective cover; wherein the carrier is formed of a biofilm formation inhibiting microorganism and a hydrophilic polymer, and the total density is 1.0 to 1.5 g/mL Discloses a device for inhibiting biofilm formation, characterized in that.
여기서, 상기 다공성 보호 커버의 기공의 크기는 상기 담체의 크기보다 작을 수 있다.Here, the size of the pores of the porous protective cover may be smaller than the size of the carrier.
여기서, 상기 다공성 보호 커버는 플라스틱 재질일 수 있다.Here, the porous protective cover may be made of a plastic material.
여기서, 상기 다공성 보호 커버는 구형, 타원구형, 원통형 및 소세지형으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.Here, the porous protective cover may be any one selected from the group consisting of a spherical shape, an elliptical sphere shape, a cylindrical shape, and a sausage shape.
여기서, 상기 담체는 생물반응기에 투입하여 일정 기간 사용을 완료한 후에 다시 회수하여 반복적으로 재사용할 수 있다.Here, the carrier may be put into the bioreactor, used for a certain period of time, then recovered and repeatedly reused.
여기서, 상기 담체는 상기 다공성 보호 커버 내부에 50% 이상의 부피비로 포함될 수 있다.Here, the carrier may be included in a volume ratio of 50% or more inside the porous protective cover.
여기서, 상기 친수성 고분자는 상기 생물막 형성 억제 미생물을 고정화시킬 수 있다.Here, the hydrophilic polymer can immobilize the biofilm formation inhibiting microorganism.
여기서, 상기 친수성 고분자는 알지네이트, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 키토산 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.Here, the hydrophilic polymer may be at least one selected from the group consisting of alginate, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, chitosan, and polyurethane.
여기서, 상기 생물막 형성 억제 미생물은 정족수 감지 억제 효소를 생산하는 것일 수 있다.Here, the biofilm formation inhibiting microorganism may be to produce a quorum detection inhibitory enzyme.
여기서, 상기 정족수 감지 억제 효소는 락토나제 또는 아실라제일 수 있다.Here, the quorum sensing inhibitory enzyme may be lactonase or acylase.
한편, 본 발명은 피처리수를 수용하는 생물반응기, 수처리용 분리막 모듈 및 상기 생물반응기 내부에 배치된 본 발명에 따른 생물막 형성 억제 장치를 포함하는 분리막 수처리 시스템을 추가로 개시한다.On the other hand, the present invention further discloses a separation membrane water treatment system including a bioreactor accommodating water to be treated, a separation membrane module for water treatment, and a biofilm formation inhibiting device according to the present invention disposed inside the bioreactor.
상술한 바에 따른 본 발명의 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템은 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.The apparatus for inhibiting biofilm formation of the present invention according to the above and the membrane water treatment system including the same has an effect of effectively controlling contamination of the membrane and stably maintaining the durability of the carrier.
또한, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템은 다공성 보호 커버의 향상된 유동성을 통해 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.In addition, the device for inhibiting biofilm formation and the separation membrane water treatment system including the same according to the present invention have the effect that separation membrane water treatment can be efficiently performed through improved fluidity of the porous protective cover.
도 1은 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 다공성 보호 커버의 실제 모습을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 여러 종류의 다공성 보호 커버의 모습을 구체적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 생물반응기를 포함하는 분리막 수처리 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 담체의 표면을 전자현미경 및 레이저현미경으로 촬영하여 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 활성을 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 기계적 강도를 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하고 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 표면을 촬영하여 사진으로 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입한 후 운전 초기와 운전 말기의 막오염 경향성을 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다.Figure 1 shows the actual appearance of the porous protective cover in the biofilm formation inhibition device of the present invention.
Figure 2 specifically shows the appearance of several types of porous protective cover in the biofilm formation inhibiting device of the present invention.
3 is a block diagram of a membrane water treatment system including a membrane bioreactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows the surface of the carrier of the biofilm formation inhibiting device according to an embodiment of the present invention photographed with an electron microscope and a laser microscope.
5 is a biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention and a quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention before and after operation by introducing the quorum detection inhibitory carrier into a membrane bioreactor, and the activity of the quorum detection inhibitory carrier Each is measured and graphed.
Figure 6 is a biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention and a quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention before and after operation by introducing the quorum detection inhibitory carrier into a membrane bioreactor mechanically Each strength was measured and shown in a graph.
Figure 7 shows the surface of the quorum detection inhibitory carrier before and after the biofilm formation inhibitory device according to one embodiment of the present invention and the quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention are put into a separation membrane bioreactor and operated. It was photographed and illustrated.
8 is a biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention and a quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention are introduced into a membrane bioreactor, and then membrane contamination tendency at the beginning and end of operation Each is measured and graphed.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 “포함하다” 또는 “구비하다”등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.Terms used in this application are only used to describe specific examples. Therefore, for example, expressions in the singular number include plural expressions unless the context clearly requires them to be singular. In addition, the terms "include" or "have" used in this application are used to clearly indicate that the features, steps, functions, components, or combinations thereof described in the specification exist, but other features It should be noted that it is not intended to be used to preliminarily exclude the presence of any steps, functions, components, or combinations thereof.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be regarded as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, certain terms should not be interpreted in an overly idealistic or formal sense unless clearly defined herein.
<생물막 형성 억제 장치><Biofilm Formation Inhibiting Device>
본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위하여 연구한 결과, 하기와 같은 발명을 안출하기에 이르렀다. 본 명세서는 다공성 보호 커버; 및 상기 다공성 보호 커버 내부의 담체;를 포함하고, 상기 담체는 생물막 형성 억제 미생물 및 친수성 고분자로 형성되고, 전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 것을 특징으로 하는 생물막 형성 억제 장치를 개시한다.As a result of research in order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention came up with the following invention. The present specification is a porous protective cover; And a carrier inside the porous protective cover; wherein the carrier is formed of a biofilm formation inhibiting microorganism and a hydrophilic polymer, and the total density is 1.0 to 1.5 g/mL Discloses a device for inhibiting biofilm formation, characterized in that.
도 1은 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 다공성 보호 커버의 실제 모습을 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 도 1a는 격자 무늬 형태의 기공이 형성된 다공성 보호 커버의 실제 모습을 촬영한 것이고, 도 1b는 원형 모양의 기공이 형성된 다공성 보호 커버의 실제 모습을 촬영한 것이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 다공성 보호 커버는 일정한 크기의 기공(구멍)이 다수 형성되어 본 발명의 담체를 내부에 담지하여 보호하기 위한 역할을 할 수 있는 점을 확인할 수 있다. 이 경우 후술하는 바와 같이 다공성 보호 커버 외부로 담체 자체가 빠져나오지 못하도록 하기 위하여 다공성 보호 커버의 기공의 크기는 상기 담체의 크기보다 작을 수 있다. 한편, 도 1a 및 도 1b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 다공성 보호 커버의 기공의 모양은 원형에 국한되지 않으며, 수중폭기 조건 일 때 생물반응기의 피처리수 내에서 담체 표면을 통한 물질전달이 원활하게 진행될 수 있는 범위에서 다양한 모양으로 형성될 수 있다.Figure 1 shows the actual appearance of the porous protective cover in the biofilm formation inhibition device of the present invention. More specifically, FIG. 1A is a photograph of an actual appearance of a porous protective cover in which pores in a grid pattern are formed, and FIG. 1B is a photograph of an actual appearance of a porous protective cover in which circular pores are formed. Referring to Figures 1a and 1b, it can be seen that the porous protective cover of the present invention is formed with a plurality of pores (holes) of a certain size and can serve to protect the carrier of the present invention by carrying it therein. In this case, as will be described later, the size of the pores of the porous protective cover may be smaller than that of the carrier in order to prevent the carrier itself from escaping to the outside of the porous protective cover. On the other hand, as can be seen in Figures 1a and 1b, the shape of the pores of the porous protective cover in the biofilm formation inhibitory device of the present invention is not limited to circular, and the surface of the carrier in the water to be treated in the bioreactor under aeration conditions in water It can be formed in various shapes within the range where mass transfer can proceed smoothly.
도 2는 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 여러 종류의 다공성 보호 커버의 모습을 구체적으로 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 도 2a 및 도 2b는 타원구형(달걀형)의 다공성 보호 커버를 도시한 것이고, 도 2c는 원통형 (원기둥형)의 다공성 보호 커버를 도시한 것이고, 도 2d는 소세지형의 다공성 보호 커버를 도시한 것이다. 도 2a 및 도 2b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 다공성 보호 커버의 기공의 모양은 원형에 국한되지 않으며, 수중폭기 조건 일 때 생물반응기의 피처리수 내에서 담체 표면을 통한 물질전달이 원활하게 진행될 수 있는 범위에서 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치에서 다공성 보호 커버는 구형, 타원구형(달걍형), 원통형(원기둥형) 및 소세지형에 국한되는 것은 아니며, 수처리용 분리막 모듈 내에서 다공성 보호 커버의 유동성이 향상되고, 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 범위에서 다양한 모양으로 형성될 수 있다.Figure 2 specifically shows the appearance of several types of porous protective cover in the biofilm formation inhibiting device of the present invention. More specifically, FIGS. 2A and 2B show an ellipsoidal (egg-shaped) porous protective cover, FIG. 2C shows a cylindrical (cylindrical) porous protective cover, and FIG. 2D shows a sausage-shaped porous protective cover. It shows the cover. As can be seen in Figures 2a and 2b, the shape of the pores of the porous protective cover in the biofilm formation inhibitory device of the present invention is not limited to a circular shape, and materials through the surface of the carrier in the water to be treated in the bioreactor under aeration conditions in water It can be formed in various shapes within a range where delivery can proceed smoothly. In addition, in the device for inhibiting biofilm formation of the present invention, the porous protective cover is not limited to spherical, elliptical (dalgyang), cylindrical (cylindrical) and sausage-shaped, and improves the fluidity of the porous protective cover in the water treatment separation membrane module. And, it can be formed in various shapes within the range where the membrane water treatment can be performed efficiently.
본 발명의 다공성 보호 커버는 본 발명의 담체의 내구성을 향상시키기 위한 용도로서, 본 발명의 담체를 외부 층이 단단하고 견고하면서 다공성인 보호 커버에 다시 담지함으로써 본 발명의 담체가 외부의 물리적 충격이나 수리학적 전단력으로부터 보호받을 수 있도록 한다. 이에 따라 다공성 보호 커버가 씌워진 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다. The porous protective cover of the present invention is used to improve the durability of the carrier of the present invention, and the carrier of the present invention is re-supported in a protective cover whose outer layer is hard and durable, so that the carrier of the present invention is resistant to external physical impact or damage. Provides protection from hydraulic shear forces. Accordingly, by introducing the carrier covered with the porous protective cover into the membrane bioreactor, contamination of the membrane can be effectively controlled and durability of the carrier can be stably maintained.
본 발명의 다공성 보호 커버 외부로 담체 자체가 빠져나오지 못하도록 하기 위하여 다공성 보호 커버의 기공의 크기는 상기 담체의 크기보다 작을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다공성 보호 커버 외부로 담체 자체가 빠져나가지 못하고, 다공성 보호 커버 내부에 담체가 위치함으로써 담체의 내구성이 향상된 결과, 분리막 수처리 시스템 내에서 담체가 장기간 안정적으로 사용될 수 있다.In order to prevent the carrier itself from coming out of the porous protective cover of the present invention, the size of pores of the porous protective cover may be smaller than the size of the carrier. Accordingly, the carrier itself cannot escape to the outside of the porous protective cover of the present invention, and the durability of the carrier is improved by positioning the carrier inside the porous protective cover, so that the carrier can be stably used for a long time in the membrane water treatment system.
본 발명의 다공성 보호 커버의 기공 단면의 지름은 0.01 내지 50 mm의 범위 이내인 것이 바람직하고, 0.1 내지 5 mm의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 다공성 보호 커버의 기공 단면의 지름이 0.01 mm 미만인 경우 다공성 보호 커버의 기공의 크기가 너무 작음에 따라 수중폭기 조건 일 때 생물반응기의 피처리수 내에서 담체 표면을 통한 물질전달이 원활하게 진행될 수 없어, 생물막 형성을 효율적으로 억제할 수 없다는 문제점이 있다. 반대로, 다공성 보호 커버의 기공 단면의 지름이 50 mm를 초과하는 경우 다공성 보호 커버의 기공의 크기가 너무 큼에 따라 담체 자체가 다공성 보호 커버 외부로 유출되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 관점에서 본 발명의 다공성 보호 커버의 기공 단면의 지름은 0.1 내지 5 mm의 범위 이내인 것이 더욱 바람직하다.The diameter of the pore cross section of the porous protective cover of the present invention is preferably within the range of 0.01 to 50 mm, more preferably within the range of 0.1 to 5 mm, but is not limited thereto. For example, when the diameter of the pore cross-section of the porous protective cover is less than 0.01 mm, the size of the pores of the porous protective cover is too small, so that mass transfer through the surface of the carrier in the water to be treated in the bioreactor proceeds smoothly under underwater aeration conditions. However, there is a problem in that biofilm formation cannot be efficiently inhibited. Conversely, when the diameter of the pore cross-section of the porous protective cover exceeds 50 mm, the carrier itself may flow out of the porous protective cover due to the size of the pores of the porous protective cover being too large. From this point of view, it is more preferable that the diameter of the pore cross-section of the porous protective cover of the present invention is within the range of 0.1 to 5 mm.
본 발명의 다공성 보호 커버는 플라스틱 재질인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 다공성 보호 커버는 수중의 유체 흐름 속에서 자유롭게 휘어지면서도 복원력이 있는 가요성의 형태 및 재질을 사용할 수도 있다. 보다 강한 폭기 조건에서 분리막 표면의 손상을 최소화하면서도 생물막의 물리적 탈리를 극대화하기 위해서는 가요성의 형태 및 재질을 사용할 수 있다. 즉, 본 발명의 담체가 외부의 물리적 충격이나 수리학적 전단력으로부터 보호받을 수 있는 것이라면, 다공성 보호 커버의 재질은 특별히 제한되지 않는다.The porous protective cover of the present invention is preferably a plastic material, but is not limited thereto. In addition, the porous protective cover of the present invention may use a flexible shape and material having restoring force while freely bending in the flow of fluid in water. In order to maximize physical separation of the biofilm while minimizing damage to the membrane surface under stronger aeration conditions, a flexible shape and material may be used. That is, as long as the carrier of the present invention can be protected from external physical impact or hydraulic shear force, the material of the porous protective cover is not particularly limited.
또한, 본 발명의 다공성 보호 커버는 직육면체와 같은 다면체 이외에도 구형 또는 원통형(구를 수 있는 다면체)으로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 나아가, 본 발명의 다공성 보호 커버는 타원구형(달걀형) 또는 소세지형으로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다공성 보호 커버가 구형 또는 원통형(구를 수 있는 다면체)으로 이루어짐에 따라 수처리용 분리막 모듈 내에서 다공성 보호 커버의 유동성이 향상되고, 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다. 나아가, 본 발명의 다공성 보호 커버가 타원구형(달걀형) 또는 소세지형으로 이루어짐에 따라 수처리용 분리막 모듈 내에서 다공성 보호 커버의 유동성이 향상되고, 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.In addition, the porous protective cover of the present invention preferably has a spherical or cylindrical shape (rollable polyhedron) in addition to a polyhedron such as a rectangular parallelepiped, but is not limited thereto. Furthermore, the porous protective cover of the present invention preferably has an elliptical (egg-shaped) or sausage-shaped one, but is not limited thereto. As the porous protective cover of the present invention is formed in a spherical or cylindrical shape (rollable polyhedron), the fluidity of the porous protective cover in the water treatment separation membrane module is improved and the membrane water treatment can be efficiently performed. Furthermore, as the porous protective cover of the present invention is formed in an elliptical (egg-shaped) or sausage-shaped shape, the fluidity of the porous protective cover in the water treatment separation membrane module is improved and the membrane water treatment can be efficiently performed.
본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 생물막 형성 억제 미생물 및 친수성 고분자를 포함할 수 있다. The carrier of the present invention (a carrier that inhibits quorum detection) may include a biofilm formation-inhibiting microorganism and a hydrophilic polymer.
본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 생물막 형성 억제 미생물을 수처리 생물반응기 내의 피처리수로부터 고밀도로 분리하여 배치할 수 있으면서, 생물막 형성 억제 미생물의 생장 및 활성에 관련되는 산소, 영양분, 대사물질 등의 유출입을 가능하게 하도록 적절한 투과성을 갖는 것이라면 특별한 제한은 없다.The carrier (quorum detection inhibitory carrier) of the present invention can separate and place biofilm formation-inhibiting microorganisms at high density from the water to be treated in a water treatment bioreactor, while oxygen, nutrients, and metabolites related to the growth and activity of biofilm formation-inhibiting microorganisms There is no particular limitation as long as it has appropriate permeability to allow inflow and outflow of the like.
본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 구슬형, 중공사형, 시트형, 기둥형 등이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 담체는 수중 폭기 조건에서 침지형 분리막 표면의 손상을 방지할수 있으면서 담체 내부의 생물막 형성 억제 미생물이 외부의 피처리수와 접촉할 수 있는 것이라면, 그 형태에 특별한 제한은 없다.The carrier of the present invention (the carrier for suppressing quorum detection) is preferably bead-shaped, hollow-fiber-shaped, sheet-shaped, column-shaped, etc., but is not limited thereto. The carrier of the present invention is not particularly limited in form as long as it can prevent damage to the surface of the submerged separation membrane under aquatic aeration conditions and allows the microorganisms inhibiting biofilm formation inside the carrier to come into contact with the external water to be treated.
본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 다공성 보호 커버 내부에 50% 이상의 부피비로 포함되는 것이 바람직하고, 80% 이상의 부피비로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 담체가 다공성 보호 커버 내부에 50% 미만의 부피비로 포함되는 경우, 상대적으로 담체의 양이 작아 분리막 수처리의 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.The carrier of the present invention (the quorum detection suppression carrier) is preferably included in a volume ratio of 50% or more, more preferably 80% or more by volume inside the porous protective cover. When the carrier of the present invention is included in a volume ratio of less than 50% inside the porous protective cover, a relatively small amount of the carrier may cause a problem in that the efficiency of membrane water treatment is lowered.
또한, 본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 담체 자체의 크기 조절이 용이하므로 마이크로시브, 스크린 등과 같은 수단으로 쉽게 분리 또는 회수할 수 있어서, 종래의 자성-담체 용기에서 문제가 되었던 담체의 회수 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다.In addition, since the carrier of the present invention (a carrier for suppressing quorum detection) is easy to control the size of the carrier itself, it can be easily separated or recovered by means such as a microsieve or a screen. It has the advantage of being able to solve problems.
또한, 본 발명의 담체(정족수 감지 억제 담체)는 다공성 보호 커버 내부에 다시 담지되어 사용되는 결과, 담체 자체의 내구성이 향상되므로 분리막 수처리 시스템의 생물반응기에 투입하여 일정 기간 사용을 완료한 후에 담체를 다시 회수하여 반복적으로 재사용할 수 있다.In addition, as a result of the carrier (quorum detection suppression carrier) of the present invention being used after being supported inside the porous protective cover, the durability of the carrier itself is improved. It can be recovered and reused repeatedly.
본 발명의 친수성 고분자는 본 발명의 생물막 형성 억제 미생물을 고정화시킬 수 있다. 본 발명의 실시형태에서 본 발명의 친수성 고분자가 본 발명의 생물막 형성 억제 미생물을 고정화시킬 수 있다는 것은 친수성 고분자에 생물막 형성 억제 미생물이 부착, 포괄, 캡슐화, 포집, 담지 등이 되는 것을 포함한다. The hydrophilic polymer of the present invention can immobilize the biofilm formation inhibiting microorganism of the present invention. In an embodiment of the present invention, the hydrophilic polymer of the present invention can immobilize the biofilm formation-inhibiting microorganism of the present invention includes being attached to the biofilm formation-inhibiting microorganism in the hydrophilic polymer, enveloping, encapsulating, collecting, supporting, and the like.
본 발명의 친수성 고분자는 하이드로겔을 주성분으로 하는 것일 수 있으며, 하이드로겔은 알지네이트계, PVA계, 폴리에틸렌글리콜계, 키토산계 및 폴리우레탄계으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 고분자를 포함할 수 있다. 하이드로겔은 내부의 화학적 가교 결합을 통하여 3차원 망상 구조를 갖는 것이, 생물막 형성 억제 미생물을 화학적 가교 결합 사이에 포획시켜서 담체 내부에서 지속적으로 성장할 수 있게 된다는 점에서 바람직하다.The hydrophilic polymer of the present invention may have a hydrogel as a main component, and the hydrogel may include one or more polymers selected from the group consisting of alginate-based, PVA-based, polyethylene glycol-based, chitosan-based, and polyurethane-based. It is preferable that the hydrogel has a three-dimensional network structure through internal chemical cross-linking, in that it can continuously grow inside the carrier by trapping biofilm formation-inhibiting microorganisms between chemical cross-linking.
본 발명의 친수성 고분자는 알지네이트, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 키토산 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 이에 따라 본 발명의 담체 내외를 통한 물질 전달이 보다 용이해질 뿐 아니라 강한 수중 폭기 조건에서 분리막 표면과 접촉하는 경우에도 분리막 표면의 손상을 방지할 수 있다.The hydrophilic polymer of the present invention may be at least one selected from the group consisting of alginate, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, chitosan, and polyurethane. Accordingly, not only the transfer of materials through the inside and outside of the carrier of the present invention is easier, but also damage to the surface of the separation membrane can be prevented even when in contact with the surface of the separation membrane under strong aeration conditions in water.
본 발명의 담체에는 이러한 친수성 고분자 이외에도 기계적 강도를 증가시키기 위하여 그래핀옥사이드(GO), 탄소나노튜브(CNT) 등과 같은 탄소계 첨가제를 첨가할 수 있고, 내부 접착력을 향상시키기 위하여 폴리도파민계 고분자, 폴리노르에피네프린계 고분자 등의 생체모방형(bio-inspired) 접착성 고분자 첨가제를 첨가할 수도 있다.In addition to these hydrophilic polymers, carbon-based additives such as graphene oxide (GO) and carbon nanotubes (CNT) may be added to the carrier of the present invention to increase mechanical strength, and to improve internal adhesion, polydopamine-based polymers, A bio-inspired adhesive polymer additive such as a polynorepinephrine polymer may be added.
본 발명의 생물막 형성 억제 미생물은 정족수 감지 억제 효소를 생산하는 것을 특징으로 한다.The biofilm formation-inhibiting microorganism of the present invention is characterized by producing a quorum detection inhibitory enzyme.
본 발명에 적용 가능한 생물막 형성 억제 미생물은 생물막 형성 억제 효소를 생산할 수 있는 종류의 미생물이라면 유전자 재조합 미생물 또는 천연 미생물의 어떤 종류라도 사용할 수 있다. 대표적으로는, 정족수 감지 기작에 사용되는 신호 분자를 분해하는 ‘정족수 감지 억제 효소'를 생산할 수 있는 미생물을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 그람 음성균(박테리아)의 신호 분자(AHL)을 분해하는 효소인 락토나제 또는 아실라제와 같은 정족수 감지 억제 효소를 생산하는 미생물을 사용할 수 있다. 예컨대, 유전자 재조합에 널리 사용되는 대장균 E. coli XL1-blue에 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki에서 추출한 aiiA 유전자(락토나제 생산과 관련된 유전자)를 재조합시킨 대장균, 또는 자연계에 존재하는 천연 미생물(예컨대, Rhodococcus qingshengii 종의 박테리아)을 사용할 수 있다.Biofilm formation-inhibiting microorganisms applicable to the present invention can be used any kind of genetically recombinant microorganisms or natural microorganisms as long as they can produce a biofilm formation-inhibiting enzyme. Representatively, a microorganism capable of producing a 'quorum sensing inhibitory enzyme' that decomposes a signal molecule used in a quorum sensing mechanism can be used, preferably an enzyme that degrades a signal molecule (AHL) of Gram-negative bacteria (bacteria). Microorganisms that produce enzymes that inhibit quorum sensing, such as lactonase or acylase, may be used. For example, Bacillus thuringiensis subsp. E. coli recombined with the aiiA gene (a gene related to lactonase production) extracted from kurstaki, or a natural microorganism existing in nature (eg, a bacterium of Rhodococcus qingshengii species) can be used.
또한, 본 발명의 생물막 형성 억제 미생물은 수중 박테리아의 정족수 감지 기작의 억제물질인 파네솔(farnesol)을 생산할 수 있는 Candida 속(genus)의 균류(fungi), 보다 구체적으로 Candida albicans (AI-2 관련 정족수 감지 억제 활성이 있는 파네솔을 과량으로 분비하도록 유전자 재조합된 Candida albicans을 포함)등과 같은 미생물을 생물막 형성 억제 미생물로서 사용할 수도 있다. 이와 같은 균류 미생물은 박테리아에 비하여 내후성 등의 환경 적응력이 뛰어나기 때문에, 분리막 생물반응조 내부와 같이 가혹한 환경의 조건 하에서도 생물막 형성 억제 효과를 극대화할 수 있는 추가적인 장점이 있다.In addition, the biofilm formation-inhibiting microorganism of the present invention is a fungi of the genus Candida that can produce farnesol, an inhibitor of the quorum sensing mechanism of aquatic bacteria, more specifically, Candida albicans (AI-2 related Microorganisms such as Candida albicans genetically recombined to secrete an excessive amount of farnesol having a quorum-sensing inhibitory activity) may also be used as the biofilm formation-inhibiting microorganism. Since such fungal microorganisms have excellent environmental adaptability, such as weather resistance, compared to bacteria, there is an additional advantage of maximizing the effect of inhibiting biofilm formation even under harsh environmental conditions, such as inside a membrane bioreactor.
본 발명의 생물막 형성 억제 장치는 전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 것이 바람직하고, 전체 밀도가 1.02 내지 1.25 g/mL인 것이 더욱 바람직하다. 가령 생물막 형성 억제 장치의 전체 밀도가 1.0 g/mL 미만인 경우, 물보다 밀도가 낮기 때문에 생물반응기 내 피처리수 상에 부유하게 되어 분리막 수처리 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 생물막 형성 억제 장치의 전체 밀도가 1.5 g/mL를 초과하는 경우, 생물막 형성 억제 장치가 너무 무거워 생물반응기 내 피처리수 아래로 가라앉게 되어 수중 폭기 조건에서도 분리막 수처리 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.The device for inhibiting biofilm formation of the present invention preferably has a total density of 1.0 to 1.5 g/mL, and more preferably has a total density of 1.02 to 1.25 g/mL. For example, if the total density of the biofilm formation inhibitor is less than 1.0 g / mL, since the density is lower than that of water, it floats on the water to be treated in the bioreactor, and the separation membrane water treatment efficiency may decrease. Conversely, if the total density of the biofilm formation inhibitor exceeds 1.5 g/mL, the biofilm formation inhibitor is too heavy and sinks under the water to be treated in the bioreactor, resulting in a decrease in membrane water treatment efficiency even under aeration conditions in water. can
따라서, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치의 전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 경우 생물막 형성 억제 장치가 생물반응기의 피처리수 상에 부유하거나 가라앉지 않고, 수중 폭기 조건일 때 생물반응기의 피처리수 내에서 담체 표면을 통한 물질전달이 보다 효율적으로 진행되어서 분자생물학적으로 생물막 형성을 효과적으로 억제할 수 있고, 이와 함께 수증 폭기 조건에서의 담체의 유동성을 유지하면서 분리막 표면에의 물리적인 타격에 의한 생물막 탈리를 더욱 효과적으로 유도할 수 있다.Therefore, when the total density of the device for inhibiting biofilm formation of the present invention is 1.0 to 1.5 g/mL, the device for inhibiting biofilm formation does not float or sink on the water to be treated in the bioreactor, and is treated in the bioreactor under aeration conditions in water. The mass transfer through the surface of the carrier in water proceeds more efficiently, so that biofilm formation can be effectively suppressed molecularly and biologically, and at the same time, biofilm by physical blow to the surface of the separation membrane while maintaining the fluidity of the carrier in aeration conditions. Separation can be more effectively induced.
<생물막 형성 억제 장치를 포함하는 분리막 수처리 시스템><Separation Membrane Water Treatment System Including Biofilm Formation Inhibiting Device>
한편, 본 명세서는 피처리수를 수용하는 생물반응기, 수처리용 분리막 모듈 및 상기 생물반응기 내부에 배치된 본 발명에 따른 생물막 형성 억제 장치를 포함하는 분리막 수처리 시스템을 추가로 개시한다.On the other hand, the present specification further discloses a separation membrane water treatment system including a bioreactor accommodating water to be treated, a separation membrane module for water treatment, and a biofilm formation inhibiting device according to the present invention disposed inside the bioreactor.
본 발명의 분리막 수처리 시스템에 적용할 수 있는 분리막 모듈로서는 생물오염의 억제 또는 완화를 통하여 투수도를 향상시킬 수 있는 일반적인 수처리용 분리막 모듈이라면 특별한 제한은 없다. There is no particular limitation as long as the separation membrane module applicable to the separation membrane water treatment system of the present invention is a general water treatment membrane module capable of improving permeability through suppression or alleviation of biofouling.
또한, 본 발명의 분리막 수처리 시스템은 생물반응기(반응조) 내부의 수많은 종류의 수처리용 미생물 등에 의해 분리막 표면에 생물막이 형성되는 분리막 생물반응조(MBR) 장치 뿐만 아니라, 피처리수에 존재하는 미생물로 인하여 분리막 표면에 생물막이 형성되는 정밀여과막 장치, 한외여과막 장치와 같은 통상의 분리막 수처리 장치 외에 나노여과 장치, 역삼투 여과 장치 등의 고도 수처리 장치를 포함할 수 있다.In addition, the separation membrane water treatment system of the present invention is not only a separation membrane bioreactor (MBR) device in which a biofilm is formed on the surface of the separation membrane by many kinds of microorganisms for water treatment inside the bioreactor (reactor), but also due to the microorganisms present in the water to be treated Advanced water treatment devices such as nanofiltration devices and reverse osmosis filtration devices may be included in addition to conventional separation membrane water treatment devices such as microfiltration membrane devices and ultrafiltration membrane devices in which a biofilm is formed on the surface of the separation membrane.
이하, 첨부한 도면 및 실시예들을 참조하여 본 명세서가 청구하는 바에 대하여 더욱 자세히 설명한다. 다만, 본 명세서에서 제시하고 있는 도면 내지 실시예 등은 통상의 기술자에게 의하여 다양한 방식으로 변형되어 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 본 명세서의 기재사항은 본 발명을 특정 개시 형태에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하고 있는 것으로 보아야 한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명을 통상의 기술자로 하여금 더욱 정확하게 이해할 수 있도록 돕기 위하여 제시되는 것으로서 실제보다 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and embodiments will be described in more detail with respect to what the present specification claims. However, the drawings or embodiments presented in this specification can be modified in various ways by those skilled in the art and have various forms, and the description in this specification is not limited to the specific disclosure form of the present invention. It should be regarded as including all equivalents or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. In addition, the accompanying drawings are presented to help those skilled in the art to more accurately understand the present invention, and may be exaggerated or reduced than actual.
{실시예 및 평가}{Example and evaluation}
실시예 1. 본 발명에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)Example 1. Biofilm formation inhibition device according to the present invention (quorum detection inhibition carrier covered with a porous protective cover)
정족수 억제 미생물은 Rhodococcus sp. BH4를 사용하였으며 Luria-Bertani (LB) 한천 배지에 배양하였다. 단일 콜로니를 20 mL LB 배지에 키우고 이것을 다시 2 L 배지에서 배양하였다. 원심분리기(9000 rpm, 13700 g)를 이용해 BH4를 회수한 후 증류수에 재분산시켰다. 폴리비닐알콜 고분자, 알지네이트와 물을 10:1:100의 질량 비율로 혼합하여 고분자 용액을 제조하고 121℃에서 15분간 멸균하였다. 이 고분자 용액과 BH4 용액을 혼합하여 유리판 위에 펼친 후 시트(담체)를 만들고, 염화칼슘과 붕산을 질량비로 4:1 함유한 용액에 정치하여 가교반응을 시키고 0.2 M 황산나트륨 용액에 추가적으로 8시간 담궈 안정화시킨다. 시트(담체)는 0.5 mm 두께로 캐스팅하고 유동상 시트(담체)는 가로세로 10×10 mm 크기로 제작한다. 이렇게 제직된 시트(담체)를 플라스틱 재질의 다공성 보호 커버에 넣었다. 시트를 담는 다공성 보호 커버는 다공성(기공크기 5 mm 이하)의 구형으로 내부에 정족수 감지 억제 시트를 넣을 수 있도록 제작하여 본 발명에 따른 생물막 형성 억제 장치(이하, '실시예 1'이라 한다)를 완성하였다.The quorum-suppressing microorganism is Rhodococcus sp. BH4 was used and cultured on Luria-Bertani (LB) agar medium. A single colony was grown in 20 mL LB medium and then cultured again in 2 L medium. After recovering BH4 using a centrifuge (9000 rpm, 13700 g), it was redispersed in distilled water. Polyvinyl alcohol polymer, alginate and water were mixed in a mass ratio of 10:1:100 to prepare a polymer solution and sterilized at 121°C for 15 minutes. After mixing this polymer solution and the BH4 solution, spread it on a glass plate to make a sheet (carrier), leave it in a solution containing calcium chloride and boric acid in a mass ratio of 4:1 to cause a crosslinking reaction, and soak it in 0.2 M sodium sulfate solution for 8 hours to stabilize it. . The sheet (carrier) is cast in a thickness of 0.5 mm, and the fluidized bed sheet (carrier) is manufactured in a size of 10 × 10 mm in width and height. The thus woven sheet (carrier) was placed in a porous protective cover made of plastic. The porous protective cover containing the sheet has a porous (pore size of 5 mm or less) spherical shape and is manufactured so that the quorum detection inhibitory sheet can be placed therein, and the biofilm formation inhibitory device according to the present invention (hereinafter referred to as 'Example 1') completed.
비교예 1. 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체Comparative Example 1. Quorum Sensing Inhibiting Carrier Without Porous Protective Cover
제직된 시트(담체)를 플라스틱 재질의 다공성 보호 커버에 넣지 않은 점을제외하고는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 제조하여 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체(이하, '비교예 1'이라 한다)를 얻을 수 있었다.A quorum detection suppression carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention manufactured in the same manner as in the above embodiment, except that the woven sheet (carrier) was not placed in a porous protective cover made of plastic (hereinafter , referred to as 'Comparative Example 1') was obtained.
실험예. 분리막 수처리 시스템의 운전 및 생물막 형성 억제 활성 측정experimental example. Operation of separation membrane water treatment system and measurement of biofilm formation inhibitory activity
(1) 원수의 조성(1) Composition of raw water
분리막 생물반응기의 피처리수(유입수)는 인공폐수를 사용하였으며, 매일 실험실에서 제조하여 냉장고에 보관하였다. 원수의 화학적 산소요구량은 약 245 mg/L, 총유기탄소농도는 140 mg/L, 총질소는 44.9 mg/L, 총인은 5.0 mg/L이었다. 원수의 자세한 조성은 아래 표 1과 같다.Artificial wastewater was used as the water to be treated (influent) of the membrane bioreactor, and was prepared daily in the laboratory and stored in a refrigerator. The chemical oxygen demand of the raw water was about 245 mg/L, the total organic carbon concentration was 140 mg/L, the total nitrogen was 44.9 mg/L, and the total phosphorus was 5.0 mg/L. The detailed composition of the raw water is shown in Table 1 below.
(2) 분리막 수처리 시스템의 운전(2) Operation of membrane water treatment system
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 생물반응기를 포함하는 분리막 수처리 시스템의 구성도를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 분리막 생물반응기를 포함하는 분리막 수처리 시스템의 구성, 운전 조건 등을 확인할 수 있다. 또한, 도 3에서 반응기 1(Reactor 1)은 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 투입한 반응기에 해당하며, 반응기 2(Reactor 2)는 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)를 투입한 반응기에 해당한다.3 is a block diagram of a membrane water treatment system including a membrane bioreactor according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 3, it can be confirmed the configuration, operating conditions, etc. of the membrane water treatment system including the membrane bioreactor of the present invention. In addition, in FIG. 3,
본 발명의 분리막 생물반응기를 포함하는 분리막 수처리 시스템에서 각 반응기의 운전 부피는 2 L이며 분리막, 폭기장치, 담체 등을 포함한다. 중공사형 분리막(코로롱, 한국)은 폴리비닐다이플루오라이드 재질이며, 세공 크기는 0.1 ㎛이고 분리막의 유효면적은 94.2 cm2이다. In the membrane water treatment system including the membrane bioreactor of the present invention, the operating volume of each reactor is 2 L and includes a membrane, an aerator, a carrier, and the like. The hollow fiber separator (Korolong, Korea) is made of polyvinyl difluoride, has a pore size of 0.1 μm, and an effective area of 94.2 cm 2 .
본 발명의 분리막 생물반응기를 포함하는 분리막 수처리 시스템에 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)와 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 각각 투입하였다.In the separation membrane water treatment system including the separation membrane bioreactor of the present invention, the device for inhibiting biofilm formation according to Example 1 of the present invention (the quorum detection inhibitory carrier covered with a porous protective cover) and the porous protective cover according to Comparative Example 1 of the present invention Each of the quorum-detection-inhibiting carriers was introduced.
분리막 생물반응기 운전조건으로 분리막의 투과도는 30 L/m2-h이고, 19 분 운전 후 1 분 휴지하는 방식이다. 폭기는 1 L/min (속도구배 값 72 s-1) 조건에서 분리막 모듈 하단의 폭기장치를 통해 공기를 주입하였다. 수위센서를 이용해 반응기 부피를 거의 일정하게 유지하였고, 반응기 온도는 항온수조를 이용하여 25 ℃로 일정하게 유지하였다. 수리학적 체류시간은 7.45 시간, 슬러지 체류시간은 100 일로 운전하였다. 운전동안 막투과 압력 변화는 압력계와 데이터 수집 장치를 이용하여 측정하고 기록하였다. 전체 시스템은 프로그램 로직 제어기(K&M-DR30S, LG, Korea)를 이용하여 자동화하였다.The permeability of the membrane is 30 L/m 2 -h under the operating conditions of the membrane bioreactor, and the operation is performed for 19 minutes followed by a 1-minute pause. For aeration, air was injected through an aerator at the bottom of the membrane module under the condition of 1 L/min (speed gradient value 72 s -1 ). The volume of the reactor was kept almost constant using a water level sensor, and the temperature of the reactor was kept constant at 25 °C using a constant temperature water bath. The hydraulic retention time was 7.45 hours and the sludge retention time was 100 days. Changes in transmembrane pressure during operation were measured and recorded using a manometer and data collection device. The entire system was automated using a program logic controller (K&M-DR30S, LG, Korea).
(3) 생물막 형성 억제 장치(정족수 감지 억제 담체) 활성 측정(3) Measuring the activity of a biofilm formation inhibitor (a quorum detection inhibitor carrier)
본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)와 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 활성을 측정하였다.The activity of the biofilm formation inhibitory device according to Example 1 of the present invention (quorum detection inhibitory carrier covered with a porous protective cover) and the quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1 of the present invention was measured.
보다 구체적으로, 정족수 감지 억제 담체의 활성은 신호분자(N-octanoyl-L-homoserine lactone; C8-HSL)의 분해속도를 측정하여 평가하였다. 정족수 감지 억제 담체를 20 nM C8-HSL 400 mL 용액에 넣고 진탕기에서 200 rpm으로 혼합하면서 시간에 따라 시료 100 μL를 채취하였고 C8-HSL의 농도는 바이오어세이 방법으로 분석하였다. More specifically, the activity of the carrier for inhibiting quorum detection was evaluated by measuring the degradation rate of a signal molecule (N-octanoyl-L-homoserine lactone; C8-HSL). The quorum detection inhibitory carrier was added to a 400 mL solution of 20 nM C8-HSL and mixed at 200 rpm on a shaker while 100 μL of the sample was taken over time, and the concentration of C8-HSL was analyzed by a bioassay method.
리포터 종인 Agrobacterium tumefaciens A136를 tetrcycline과 spectinomycin 항생제 2개와 함께 LB 배지를 제조하였다. 측정용 한천 배지는 LB 배지 10 mL를 지지층으로 놓고 그 위에 기능성 LB 배지 9 mL를 올려 준비하였다. 여기서, 기능성 배지는 A136, 항생제 및 X-gal을 포함한다. 한천 배지에 각 시료 당 2개의 구멍을 뚫어 20 μL의 시료를 주입하고 30 ℃에서 24 시간 배양하였다. 알고 있는 C8-HSL 농도에 대하여 검량 후 미지의 시료에 대한 푸른색 원의 크기에 근거하여 농도를 결정하였다.The reporter species, Agrobacterium tumefaciens A136, was prepared in LB medium with tetrcycline and two antibiotics, spectinomycin. Agar medium for measurement was prepared by placing 10 mL of LB medium as a support layer and placing 9 mL of functional LB medium thereon. Here, the functional medium contains A136, antibiotics and X-gal. 20 μL of the sample was injected into the agar medium by making two holes for each sample, and incubated at 30 ° C for 24 hours. After calibration with respect to the known C8-HSL concentration, the concentration was determined based on the size of the blue circle for the unknown sample.
평가 1. 생물막 형성 억제 장치 내 정족수 감지 억제 담체 표면의 관찰
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 담체의 표면을 전자현미경 및 레이저현미경으로 촬영하여 도시한 것이다. 보다 구체적으로, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 담체의 표면을 전자현미경으로 촬영하여 도시한 것이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 담체의 표면을 공촛점 레이저현미경으로 촬영하여 도시한 것이다.Figure 4 shows the surface of the carrier of the biofilm formation inhibiting device according to an embodiment of the present invention photographed with an electron microscope and a laser microscope. More specifically, Figure 4a is an electron microscope image of the surface of the carrier of the device for inhibiting biofilm formation according to an embodiment of the present invention, Figure 4b is a carrier of the device for inhibiting biofilm formation according to an embodiment of the present invention It is shown by photographing the surface of the confocal laser microscope.
상술한 바와 같이, 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치에서 담체는 친수성 고분자와 BH4 정족수 억제균을 혼합하여 시트형 담체를 만들었다. 도 4a를 참조하면, 전자현미경 사진에서 보듯이 정족수 억제균이 표면에 부착되어 존재함을 가시적으로 확인할 수 있다. 또한, 도 4b를 참조하면, 공촛점 레이져현미경으로 본 발명의 담체의 표면을 관찰한 경우 정족수 억제균(초록색)이 담체 표면에 고르게 잘 결합되어 존재함을 확인할 수 있다.As described above, in the biofilm formation inhibitory device according to Example 1, the carrier was prepared by mixing a hydrophilic polymer and a BH4 quorum inhibitor to form a sheet-type carrier. Referring to FIG. 4A , as shown in the electron micrograph, it can be visually confirmed that the quorum inhibitor is attached to the surface. In addition, referring to FIG. 4B, when the surface of the carrier of the present invention was observed with a confocal laser microscope, it could be confirmed that the quorum inhibitors (green) were well and evenly bound to the surface of the carrier.
평가 2. 생물막 형성 억제 장치(정족수 감지 억제 담체) 활성 평가
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)와 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체에 대한 정족수 감지 억제 담체의 활성을 측정하였다.As described above, the device for inhibiting biofilm formation according to Example 1 of the present invention (quorum detection inhibiting carrier covered with a porous protective cover) and the quorum detection for the quorum detection inhibiting carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1 of the present invention The activity of the inhibitory carrier was measured.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 활성을 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다.5 is a biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention and a quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention before and after operation by introducing the quorum detection inhibitory carrier into a membrane bioreactor, and the activity of the quorum detection inhibitory carrier Each is measured and graphed.
도 5를 참조하면, 운전 초기에는 두 경우 모두 3.1 내지 3.4 h-1 범위의 활성도를 나타내었으며, 155일 운전 후에는 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)의 경우 정족수 감지 억제 담체의 활성도가 2.9 h-1으로, 운전 초기와 비교하여 거의 대동소이한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 정족수 감지 억제 담체의 활성도가 0.77 h-1로 급격하게 감소하였다. 이러한 시간 경과에 따른 정족수 감지 억제 담체의 활성도의 급격한 감소는 정족수 감지 억제 담체가 반응기 내에서의 물리적 전단력을 직접 받으면서 마모되거나 손상되어 기계적 강도가 급격하게 감소되었기 때문으로 추정된다.Referring to Figure 5, in both cases at the beginning of operation showed an activity in the range of 3.1 to 3.4 h -1 , after 155 days of operation, the biofilm formation inhibitory device according to Example 1 of the present invention (quorum detection covered with a porous protective cover inhibition carrier), the activity of the quorum-sensing inhibitory carrier was 2.9 h -1 , which was almost the same as that of the initial stage of operation. However, in the case of the quorum detection inhibitor carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1 of the present invention, the activity of the quorum detection inhibitor carrier rapidly decreased to 0.77 h -1 . It is presumed that the rapid decrease in activity of the quorum sensing-inhibiting carrier over time is because the quorum-sensing-inhibiting carrier was worn or damaged while directly receiving physical shear force in the reactor, resulting in a rapid decrease in mechanical strength.
반면에, 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)의 경우 일정 시간 경과 후에도 정족수 감지 억제 담체의 활성도가 잘 유지되는 점에 비추어, 본 발명의 정족수 감지 억제 담체를 다공성인 보호 커버에 다시 담지함으로써 본 발명의 정족수 감지 억제 담체가 외부의 물리적 충격이나 수리학적 전단력으로부터 보호받을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.On the other hand, in the case of the device for inhibiting biofilm formation according to Example 1 of the present invention (a quorum sensing inhibiting carrier covered with a porous protective cover), in view of the fact that the activity of the quorum sensing inhibiting carrier is well maintained even after a certain period of time, the quorum of the present invention It can be confirmed that the quorum detection-inhibiting carrier of the present invention can be protected from external physical impact or hydraulic shear force by restoring the detection-inhibiting carrier in the porous protective cover.
평가 3. 생물막 형성 억제 장치(정족수 감지 억제 담체) 기계적 강도 평가
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하여 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 기계적 강도를 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다.Figure 6 is a biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention and a quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention mechanically before and after operation by introducing the quorum detection inhibitory carrier into a membrane bioreactor Each strength was measured and shown in a graph.
도 6을 참조하면, 운전 전에는 두 경우 모두 정족수 감지 억제 담체의 기계적 인장강도가 약 0.359 MPa이었으나, 본 발명의 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 약 150일 동안 분리막 생물반응기에 투입하여 사용한 결과 기계적 인장강도를 측정할 수 없을 정도로 약해진 것을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치(다공성 보호 커버에 씌워진 정족수 감지 억제 담체)의 경우 약 150일 동안 분리막 생물반응기에 투입하여 사용한 후에도 정족수 감지 억제 담체의 기계적 인장강도가 약 0.271 MPa로서, 초기 기계적 인장강도 대비 약 75% 정도의 값을 유지하였다.Referring to FIG. 6, before operation, the mechanical tensile strength of the quorum detection inhibitory carrier was about 0.359 MPa in both cases, but in the case of the quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1 of the present invention, a separation membrane organism was maintained for about 150 days. It can be seen that the mechanical tensile strength was weakened to the extent that the mechanical tensile strength could not be measured. However, in the case of the device for inhibiting biofilm formation according to Example 1 of the present invention (the quorum detection inhibitory carrier covered with a porous protective cover), the mechanical tensile strength of the quorum detection inhibitory carrier is about 0.271 MPa even after being put into the membrane bioreactor for about 150 days and used. As a result, a value of about 75% compared to the initial mechanical tensile strength was maintained.
도 7은 본 발명의 일 실시에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입하고 운전하기 전과 후의 정족수 감지 억제 담체의 표면을 촬영하여 사진으로 도시한 것이다.Figure 7 shows the surface of the quorum detection inhibitory carrier before and after the biofilm formation inhibitory device according to one embodiment of the present invention and the quorum detection inhibitory carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention are put into a separation membrane bioreactor and operated. It was photographed and illustrated.
보다 구체적으로, 도 7a는 운전 전 실시예 1 및 비교예 1의 정족수 감지 억제 담체의 표면을 나타내고, 도 7b는 약 150일 동안 분리막 생물반응기를 운전 후 남아있는 비교예 1의 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 표면을 나타내고, 도 7c는 약 150일 동안 분리막 생물반응기를 운전 후 남아있는 실시예 1의 정족수 감지 억제 담체의 표면을 나타낸 것이다.More specifically, Figure 7a shows the surface of the quorum detection inhibitory carrier of Example 1 and Comparative Example 1 before operation, and Figure 7b shows the porous protective cover of Comparative Example 1 remaining after operating the membrane bioreactor for about 150 days. 7c shows the surface of the quorum detection-inhibiting carrier of Example 1 remaining after operating the membrane bioreactor for about 150 days.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 비교예 1의 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 초기 상태와 대비하여, 분리막 생물반응기에 투입 후 운전이 경과함에 따라 담체의 구조가 상당히 손상되거나 작게 부서진 것을 육안으로 확인할 수 있다. 반면에 도 7a 및 도 7c를 참조하면, 실시예 1의 정족수 감지 억제 담체의 경우 초기 상태와 대비하여, 분리막 생물반응기에 투입 후 운전이 경과하더라도 담체의 구조가 큰 손상없이 거의 그대로 유지된 것을 육안으로 확인할 수 있다.7a and 7b, in the case of the quorum detection-inhibiting carrier without a porous protective cover of Comparative Example 1, the structure of the carrier was significantly damaged or broken into small pieces as the operation elapsed after being introduced into the membrane bioreactor, compared to the initial state. can be visually confirmed. On the other hand, referring to FIGS. 7A and 7C, in the case of the quorum detection inhibiting carrier of Example 1, compared to the initial state, the structure of the carrier is maintained almost intact without significant damage even after operation has elapsed after being introduced into the membrane bioreactor. can be checked with
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 경우 본 발명의 담체를 다공성 보호 커버 내부에 위치시켜 보호함에 따라 분리막 생물반응기에 투입하더라도 담체의 물리적 손상을 막아 수명을 오래도록 지속시킴을 확인할 수 있다.Therefore, in the case of the device for inhibiting biofilm formation according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that the carrier of the present invention is placed inside the porous protective cover to protect it, thereby preventing physical damage to the carrier even when it is put into the membrane bioreactor, thereby maintaining its lifespan for a long time. have.
평가 4. 생물막 형성 억제 장치(정족수 감지 억제 담체) 막오염 경향성 평가
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치 및 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체를 분리막 생물반응기에 투입한 후 운전 초기와 운전 말기의 막오염 경향성을 각각 측정하여 그래프로 도시한 것이다. 도 8을 참조하면, 정족수 감지 억제 담체의 경우 다공성 보호 커버의 유무에 따라서 막오염 속도의 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 8 is a membrane contamination tendency at the beginning and end of operation after the biofilm formation inhibition device according to an embodiment of the present invention and the quorum detection inhibition carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention are introduced into a separation membrane bioreactor Each is measured and graphed. Referring to FIG. 8 , in the case of the quorum detection-inhibiting carrier, it can be seen that there is a difference in membrane fouling rate according to the presence or absence of the porous protective cover.
보다 구체적으로, 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 운전 초기(First run)에 막오염 속도가 약 3.5 kPa/d이었으며 운전 말기(Last run, 운전 종료 시점으로약 150여일 운전 후를 의미함)에는 막오염 속도가 약 5.3 kPa/d으로 운전 초기의 막오염 속도에 비하여 1.5배 이상 막오염이 증가하였다. 반면에, 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치의 정족수 감지 억제 담체의 경우 운전 초기(First run)에는 막오염 속도가 약 2.3 kPa/d이었으며 운전 말기(Last run, 운전 종료 시점으로약 150여일 운전 후를 의미함)에는 막오염 속도가 약 2.8 kPa/d로 운전 초기의 막오염 속도와 큰 차이가 없었다.More specifically, in the case of the quorum detection-inhibiting carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1, the membrane fouling rate was about 3.5 kPa/d in the first run and about 150 days at the end of the operation (last run). mean after operation), the membrane fouling rate was about 5.3 kPa/d, which increased more than 1.5 times compared to the membrane fouling rate at the beginning of operation. On the other hand, in the case of the quorum detection inhibitory carrier of the biofilm formation inhibitor according to Example 1, the film contamination rate was about 2.3 kPa/d in the first run, and about 150 days at the end of the operation (Last run) After), the membrane fouling rate was about 2.8 kPa/d, which was not significantly different from the membrane fouling rate at the beginning of operation.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 경우 정족수 감지 억제 담체를 다공성 보호 커버로 보호함에 따라 분리막 생물반응기 내의 막오염을 효과적으로 제어하는 것을 확인할 수 있다. 이는 운전 초기 정족수 감지 억제 담체의 활성이 거의 동일하지만, 비교예 1에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 담체들이 반응기 내의 분리막 등에 끼이거나 활동이 방해되어 정족수 억제를 효과적으로 수행하지 못하는 것으로 추정된다. 반면에 실시예 1에 따른 생물막 형성 억제 장치의 경우 정족수 감지 억제 담체가 다공성 보호 커버 내부에 위치하여 반응기 내에 유동적으로 움직이면서 정족수 억제 작용을 원활하게 수행하고, 담체가 유실되는 현상도 발생하지 않기 때문에 효과적으로 막오염을 제어하는 것으로 판단된다.Accordingly, in the case of the biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention, it can be confirmed that membrane fouling in the separation membrane bioreactor is effectively controlled by protecting the quorum detection inhibitory carrier with a porous protective cover. This indicates that the activity of the quorum detection suppression carrier at the beginning of operation is almost the same, but in the case of the quorum detection suppression carrier without a porous protective cover according to Comparative Example 1, the carriers are caught in the separator in the reactor or the activity is hindered, so that the quorum suppression cannot be effectively performed. It is estimated. On the other hand, in the case of the biofilm formation inhibitory device according to Example 1, the quorum detection inhibitory carrier is located inside the porous protective cover and moves fluidly in the reactor to smoothly perform the quorum inhibitory action, and the loss of the carrier does not occur. It is believed to control membrane fouling.
특히, 분리막 수처리 시스템의 운전 말기에 본 발명의 일 비교예에 따른 다공성 보호 커버가 없는 정족수 감지 억제 담체의 경우 담체가 크게 손상되어 정족수 억제 능력이 크게 감소하는 반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 경우 담체가 여전히 물리적 구조와 생물학적인 정족수 억제 활성을 잘 유지하여 막오염을 효과적으로 제어하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생물막 형성 억제 장치의 경우 정족수 감지 억제 담체가 충분히 큰 다공성 보호 커버에 담겨 생물반응기 내로 투입되기 때문에 슬러지 배출 등의 과정에서 외부로 유실될 우려도 전혀 없다는 것이 또 다른 장점이라 할 수 있다.In particular, in the case of the quorum detection suppression carrier without a porous protective cover according to a comparative example of the present invention at the end of operation of the separation membrane water treatment system, the carrier is greatly damaged and the quorum suppression ability is greatly reduced, whereas according to an embodiment of the present invention In the case of the biofilm formation inhibitory device, it can be seen that the carrier still maintains the physical structure and biological quorum inhibitory activity to effectively control membrane fouling. In addition, in the case of the biofilm formation inhibitory device according to an embodiment of the present invention, since the quorum detection inhibitory carrier is put into the bioreactor in a sufficiently large porous protective cover, there is no fear of loss to the outside in the process of sludge discharge, etc. This could be another advantage.
상술한 바에 따른 본 발명의 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템은 분리막의 오염을 효과적으로 제어하고, 담체의 내구성을 안정적으로 유지할 수 있는 효과가 있다. The apparatus for inhibiting biofilm formation of the present invention according to the above and the membrane water treatment system including the same has an effect of effectively controlling contamination of the membrane and stably maintaining the durability of the carrier.
또한, 본 발명의 생물막 형성 억제 장치 및 이를 포함하는 분리막 수처리 시스템은 다공성 보호 커버의 향상된 유동성을 통해 분리막 수처리가 효율적으로 수행될 수 있는 효과가 있다.In addition, the device for inhibiting biofilm formation and the separation membrane water treatment system including the same according to the present invention have the effect that separation membrane water treatment can be efficiently performed through improved fluidity of the porous protective cover.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (11)
상기 다공성 보호 커버 내부의 담체;를 포함하고,
상기 다공성 보호 커버는 기공 단면의 지름이 0.01 내지 50 mm의 범위 이내이고, 수중의 유체 흐름 속에서 분리막 표면의 손상을 억제하면서도 생물막의 물리적 탈리를 증진시키는 형태 및 재질을 사용하고,
상기 담체는 생물막 형성 억제 미생물 및 친수성 고분자로 형성되고, 상기 다공성 보호 커버 내부에 1 개 이상이 위치하며, 생물반응기에 투입하여 일정 기간 사용을 완료한 후에 다시 회수하여 반복적으로 재사용하고,
전체 밀도가 1.0 내지 1.5 g/mL인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
porous protective cover; and
A carrier inside the porous protective cover; includes,
The porous protective cover has a pore cross-sectional diameter within the range of 0.01 to 50 mm, uses a shape and material that promotes physical separation of the biofilm while suppressing damage to the surface of the separator in the flow of fluid in the water,
The carrier is formed of a biofilm formation-inhibiting microorganism and a hydrophilic polymer, and one or more are located inside the porous protective cover, put into a bioreactor, used for a certain period of time, recovered again and repeatedly reused,
Characterized in that the total density is 1.0 to 1.5 g / mL, biofilm formation inhibitory device.
상기 다공성 보호 커버의 기공의 크기는 상기 담체의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The size of the pores of the porous protective cover is characterized in that smaller than the size of the carrier, biofilm formation inhibiting device.
상기 다공성 보호 커버는 플라스틱 재질인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The porous protective cover is characterized in that the plastic material, biofilm formation inhibiting device.
상기 다공성 보호 커버는 구형, 타원구형, 원통형 및 소세지형으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The porous protective cover is characterized in that any one selected from the group consisting of spherical, elliptical, cylindrical and sausage-shaped, biofilm formation inhibiting device.
상기 담체는 상기 다공성 보호 커버 내부에 50% 이상의 부피비로 포함되는 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The carrier is characterized in that contained in a volume ratio of 50% or more inside the porous protective cover, biofilm formation inhibiting device.
상기 친수성 고분자는 상기 생물막 형성 억제 미생물을 고정화시키는 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The hydrophilic polymer is characterized in that for immobilizing the biofilm formation inhibiting microorganisms, biofilm formation inhibiting device.
상기 친수성 고분자는 알지네이트, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 키토산 및 폴리우레탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The hydrophilic polymer is characterized in that any one or more selected from the group consisting of alginate, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, chitosan and polyurethane, biofilm formation inhibiting device.
상기 생물막 형성 억제 미생물은 정족수 감지 억제 효소를 생산하는 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 1,
The biofilm formation inhibiting microorganism is characterized in that for producing a quorum sensing inhibiting enzyme, biofilm formation inhibiting device.
상기 정족수 감지 억제 효소는 락토나제 또는 아실라제인 것을 특징으로 하는, 생물막 형성 억제 장치.
According to claim 9,
The quorum sensing inhibitory enzyme is characterized in that lactonase or acylase, biofilm formation inhibition device.
A bioreactor accommodating water to be treated, a separation membrane module for water treatment, and claims 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, A separation membrane water treatment system comprising the device for inhibiting biofilm formation according to any one of claims 9 and 10.
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