KR20120132725A - 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법 - Google Patents

생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 필라멘트사들이 서로 교호되게 엮어짐으로써 양단이 개방된 속이 빈 튜브 구조를 형성하는 관형 편물; 상기 관형 편물 상에 형성된 효소 고정화 고분자층; 및 상기 효소 고정화 고분자층 상에 고정화된 생물막 형성 억제 효소를 포함하는 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기계적 강도가 우수한 관형 편물에 생물막 형성 억제 효소를 고정화하므로, 가혹한 수처리 운전 공정에도 용이하게 적용가능하고 스케일 업(scale-up)이 용이할 뿐만 아니라 생물막오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법{Tubular Braid Carrier Comprising Enzyme For inhibiting Biofilm Formation Immobilized Thereon And Method of Treating Water Using the Same}
본 발명은 수중 환경에서 사용되는 재료 표면, 특히 수처리 시스템을 구성하는 재료 표면에 성장하는 생물막(biofilm)에 의해 발생하는 생물오염(biofouling)을 방지하는데 사용될 수 있는 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체 및 이를 이용한 수처리 방법에 관한 것이다.
수중 환경에서의 부유 미생물은 고체 표면에 부착되고 일정농도에 도달하면 주변 세포의 밀도를 인식하는 정족수 감지(quorum sensing)을 통해 미생물이 단백질 및 다당류 성분의 체외고분자 (Extracellular polymeric substances, EPS) 매트릭스 (matrix)로 둘러싸인 두께 수백 마이크로미터 내외의 생물막(biofilm)의 형태로 성장하게 된다. 이러한 생물막은 수처리 시스템, 산업용 배관, 상하수도, 정수기, 공기 정화시설, 생활용품등 미생물이 접근할 수 있는 모든 종류의 인공 시설물과 카테터(catheter), 각종 삽입 보형물(implant), 인공장기 같은 의?치과 의료기구에서도 형성된다.
최근에 폐수를 처리하는 새로운 공정으로, 생물학적으로 처리하는 기존의 방법에 분리막을 결합하여 처리하는 분리막 생물 반응기(membrane bio-reactor, MBR) 시스템이 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.
이와 같은 MBR 공정은 거의 모든 운전 조건에서도 부유물을 거의 완벽하게 처리할 수 있는 공정으로 반응조의 활성슬러지의 농도를 높게 유지할 수 있어 적은 공간에서도 처리 용량을 높일 수 있을 뿐만 아니라 병원성균의 제거도 가능하다.
그러나, 현재 개발된 MBR 시스템을 실제 폐수 처리공정에 적용할 경우, 가장 크게 발생하는 문제는 폐수에 함유되어 있는 오염물질이 막의 표면을 오염시킨다는 것이다. 즉, 이러한 분리막의 생물오염(membrane biofouling)은 분리막 반응조 공정의 운전이 진행됨에 따라 막 여과수의 방향이 항상 분리막 표면과 직각방향이기 때문에 반응조에 존재하는 박테리아, 곰팡이, 조류 등과 같은 미생물 플록, 미세입자, 용존 유기물 등이 분리막 표면에서 부착성장을 시작하여 수십 마이크로미터 내외의 두께를 가지는 생물막(biofilm)을 형성하며 분리막 표면을 덮게 된다.
이러한 생물막은 분리막의 투과도를 저하시켜 운전 압력을 상승시킴으로써 운전 비용을 상승시키고, 분리막의 세정주기 및 수명단축, 여과에 필요한 에너지 소비량 증가 등 MBR 공정의 경제성을 악화시킨다.
따라서, 이러한 막 오염을 최소화하기 위해 공기세정, 간헐적 흡입, 화학적 세척 및 역세척 등의 물리?화학적 방법들이 활용되고 있으나 이러한 방법들은 분리막 자체의 물리?화학적으로 우수한 물성을 갖는 분리막의 경우에만 사용이 가능하다.
이에 분리막의 생물막 형성에 의한 오염을 억제하기 위해 다양한 생화학적 기작 (biochemistry)에 기반한 생물막 형성 억제효소군(Kristensen et al., Biotechnology advances, 2008, Vol.26, 471-488)을 생물 반응조에 주입하는 방식이 제안되었다. 그러나, 이러한 방법은 생물막 형성 억제 효소가 분리막 생물 반응조에서 일반적으로 사용되는 정밀여과막의 공경보다 작은 용존성 물질로서 분리막 유출수와 함께 외부로 배출되어 소실되므로, 효소의 유효농도를 유지하기 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 비드 내지 수지 타입의 담체에 생물막 형성 억제 효소를 고정화하는 방법이 제안된 바 있다. 일예로, 대한민국 등록특허 제10-0981519호는 생물막 형성 억제 효소가 고정화된 자성 담체를 개시하고 있다. 그러나 이러한 자성 담체를 MBR 공정에 적용하기 위해선 별도의 회수 공정이 필요할 뿐만 아니라 대규모 수처리 시스템 적용시 스케일-업(scale-up)이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 과제는 기계적 강도가 우수한 관형 편물에 생물막 형성 억제 효소를 고정화함으로써, 스케일 업(scale-up)이 용이할 뿐만 아니라 생물막오염을 효과적으로 방지할 수 있는 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 상기 관형 편물 담체를 중공사막과 함께 모듈화하여 분리막에 의한 고액분리와 분리막의 생물오염 방지를 동시에 구현할 수 있는 수처리용 중공사막 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 상기 관형 편물 담체 또는 수처리용 중공사막 모듈을 이용하여 공정 구성 변경 없이 장기간 안정적으로 수처리 공정을 운전할 수 있는 분리막 생물반응조 수처리 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
복수의 필라멘트사들이 서로 교호되게 엮어짐으로써 양단이 개방된 속이 빈 튜브 구조를 형성하는 관형 편물;
상기 관형 편물 상에 형성된 효소 고정화 고분자층; 및
상기 효소 고정화 고분자층 상에 고정화된 생물막 형성 억제 효소
를 포함하는 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체를 제공한다.
또한, 본 발명은
복수개의 중공사막이 모인 중공사막 다발;
전술한 바의 관형 편물 담체가 복수개 모인 관형 편물 담체 다발; 및
상기 중공사막 다발과 관형 편물 담체 다발을 수용하는 모듈 하우징
을 포함하는 수처리용 중공사막 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은
분리막 생물 반응조 내로 유입된 하폐수에 대하여 생물학적 처리를 실시하면서 분리막 여과에 의해 슬러지와 처리수를 분리하는 생물학적 처리 및 분리 단계;
상기 생물학적 처리 및 분리 단계에서 생성된 입자성의 잉여 슬러지를 취출하는 슬러지 취출 단계를 포함하고,
상기 분리막 생물 반응조에 전술한 바의 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체를 투입하는 것을 특징으로 하는 분리막 생물반응조 수처리 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
분리막 생물 반응조 내로 유입된 하폐수에 대하여 생물학적 처리를 실시하면서 분리막 여과에 의해 슬러지와 처리수를 분리하는 생물학적 처리 및 분리 단계;
상기 생물학적 처리 및 분리 단계에서 생성된 입자성의 잉여 슬러지를 취출하는 슬러지 취출 단계를 포함하고,
상기 분리막 생물 반응조 내의 분리막으로 전술한 바의 수처리용 중공사막 모듈을 사용하는 것을 특징으로 하는 분리막 생물반응조 수처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 담체는 기계적 강도가 우수한 관형 편물에 생물막 형성 억제 효소를 고정화하므로, 가혹한 수처리 운전 공정에도 적용가능하고 스케일 업(scale-up)이 용이할 뿐만 아니라 생물막오염을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 수처리용 중공사막 모듈은 상기 관형 편물 담체가 중공사막과 함께 모듈화됨으로써 분리막에 의한 고액분리와 분리막의 생물오염 방지를 동시에 구현할 수 있다. 이러한 관형 편물 담체 또는 수처리용 중공사막 모듈은 분리막 생물반응조 수처리 공정에 적용되어, 기존의 공정 구성 변경 없이 장기간 안정적으로 수처리 공정을 운전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관형 편물의 외관을 도시한 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명의 관형 편물 담체 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 형광염료로 염색한 후 공초점 레이저 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 효소가 고정화된 관형 편물 담체를 적용한 분리막 생물반응조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 아실라제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 아실라제가 고정된 관형 편물 담체와 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 함께 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 수중 환경에서 사용되는 재료의 표면에 형성되는 생물막(biofilm) 형성을 억제하기 위해 사용될 수 있도록, 생물막 형성 억제 효소가 고정화된 관형 편물 담체를 제시한다.
본 발명의 관형 편물 담체는 복수의 필라멘트사들이 서로 교호되게 엮어짐으로써 양단이 개방된 속이 빈 튜브 구조를 형성하는 관형 편물; 상기 관형 편물 상에 형성된 효소 고정화 고분자층; 및 상기 효소 고정화 고분자층 상에 고정화된 생물막 형성 억제 효소를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 관형 편물의 외관을 도시한 부분 확대도이다.
도 1을 참조하면, 관형 편물(100)은 복수의 필라멘트사(101)들이 속이 빈 튜브 형상으로 편조되어 이루어진다.
이러한 관형 편물(tubular braid)은 복합 중공사막 제조를 위한 보강재로 사용되어 왔다. 즉, 보강재인 관형 편물의 표면에 고분자 수지 박막을 코팅하여 복합 중공사막을 제조한다. 관형 편물은 기계적 강도가 우수한 장점이 있을 뿐만 아니라 수처리 시스템에 적용시 넓은 표면적을 제공할 수 있어, 본 발명에서는 생물막 형성 억제 효소를 고정하기 위한 지지체로서 관형 편물을 사용한다. 바람직하기로, 관형 편물(100)의 직경은 0.15 내지 0.5 mm인 것을 사용한다.
관형 편물을 구성하는 상기 필라멘트사(filament yarn)(101)는 모노필라멘트가 복수 개 조합된 것으로, 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 나일론으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
이때 사용하는 모노필라멘트의 섬도는 0.01~6 데니어이며, 필라멘트사(101)는 150?7,000개의 모노필라멘트들로 이루어져 총 섬도가 30~400 데니어인 것이 바람직하다. 상기 관형 편물(100)은 필라멘트사(101) 4 내지 50개를 합사하여 준비한 제편용 원사 16 내지 100개를 사용하여 제편한다. 이러한 필라멘트사, 모노필라멘트 섬도, 제편 개수에 따라 관형 편물의 직경이 결정되므로, 적용하고자 하는 수처리 분야에 따라 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
또한, 관형 편물(100)의 패턴은 이를 제편하는 기계에 따라 달라질 수 있으며, 다이아몬드(1/1), 레귤러(regular braid, 2/2), 또는 헤라클레스(Hercules braid, 3/3) 등의 패턴이 가능하다.
관형 편물의 길이는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 적용되는 분야에 따라 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변경가능하다. 바람직하게는 상용 침지식 분리막 모듈에 사용되는 중공사의 길이와 유사한 범위의 1.5 내지 2 m이다.
본 발명의 관형 편물 담체는 상기 언급한 관형 편물(100), 관형 편물 상에 효소 고정화 고분자층, 및 상기 효소 고정화 고분자층 상에 고정된 생물막 형성 억제 효소를 포함한다.
효소 고정화 고분자층은 생물막 형성 억제 효소를 관형 편물 상에 고정화시킬 수 있는 작용기를 갖는 고분자라면 제한 없이 사용할 수 있다. 특히, 가교제와 반응할 수 있는 고분자로서, 생물막 형성 억제 효소의 아민기와 가교결합을 할 수 있는 것이 바람직하다. 일예로, 키토산, 셀룰로오스, 알긴산, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트) 또는 이들의 혼합물 등이 가능하다.
생물막 형성 억제 효소는 효소 고정화 고분자층(110) 상에 고정되어 형성되며, 생물막 형성 억제 효소를 포함한다. 생물막 형성 억제 효소는 정족수 감지 기작에 사용되는 신호 분자를 분해하는 정족수 감지 억제 효소와 같이 미생물에 의한 생물막 형성을 방지하는 효소라면 어떠한 것이든 가능하다. 대표적으로, 아실라제(acylase), 락토나제(lactonase), 프로테아제(protease: savinase TM, everlase TM) 등이 가능하다. 이때 상기 생물막 형성 억제 효소는 효소 고정화 고분자층에 충분히 고정되고, 그 활성을 유지하기 위해 관형 편물 1g에 대하여 생물막 형성 억제 효소를 0.0001 내지 0.001 g을 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 관형 편물 담체 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 관형 편물 상에 효소 고정화 고분자를 코팅하여 효소 고정화 고분자층을 형성한다. 이때 코팅은 통상적으로 사용하는 딥 코팅, 바 코팅, 스프레이 코팅, 플로우 코팅 등이 사용될 수 있다. 이때 상기 효소 고정화 고분자는 관형 편물에 충분히 코팅층을 형성하기 위해 관형 편물 1g에 대하여 효소 고정화 고분자를 0.01 내지 1g 사용하는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 효소 고정화 고분자층 위에 생물막 형성 억제 효소를 고정한다. 이를 위해 생물막 형성 억제 효소를 효소 고정화 고분자층 위에 코팅하면, 효소 고정화 고분자의 작용기, 일예로 키토산의 아민기와 효소의 아민기 사이 공유결합을 통해 1차 고정화가 이루어진다. 이후 가교제를 이용하여 효소 고정화 고분자와 생물막 형성 억제 효소 사이 가교결합을 통해 화학적 고정화를 수행한다. 이러한 가교반응은 통상의 화학적 가교반응을 통해 이루뤄지며, 반응 조건은 특별히 제한되는 것은 아니나, 일례로 반응 효율을 높이기 위해서 10 내지 80℃의 온도에서 반응시킬 수 있다. 이때 가교제는 효소 고정화 고분자의 작용기와 생물막 형성 억제 효소의 아민기 사이에 가교결합을 형성할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 가능하다. 일예로, 글루타르알데하이드, 덱스트란 폴리알데하이드, 디메틸아디피미데이트 디하이드로클로라이드, 디메틸 수베리미데이트 디하이드로클로라이드, 디숙신이미딜 수버레이트, 숙신이미딜-4(N-말레이미도메틸)-사이클로헥산-1-카르복실레이트, m-말레이미도벤조일-N-하이드록시숙신이미드 에스테르, N-숙신이미딜(4-요오도아세틸)-아미노벤조에이트 또는 N-숙신이미딜-3-(2-피리딜디티오-프로피오네이트) 등이 사용될 수 있다. 이때 가교제는 관형 편물 1g에 대하여 0.05 내지 0.1 g을 사용하는 것이 바람직하다.
가교반응 후에 표면에 부착된 미반응 물질 및 불충분한 결합을 하고 있는 이탈하기 쉬운 생물막 형성 억제 효소는 부가적인 세척공정을 통하여 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 관형 편물 담체는 수중 환경에서 사용되는 재료의 표면에 형성되는 생물막(biofilm) 형성을 억제하기 위해 사용하는데 유용하다. 특히, 분리막 생물반응조 수처리 공정에 있어서, 분리막 생물반응조 내부에 투입되어 분리막 표면에 생물막 형성을 억제하여 장기간 동안 분리막의 여과 성능 저하 없이 수처리 공정을 안정적으로 실시할 수 있다.
이때 본 발명의 관형 편물 담체는 분리막 생물반응조 내부에 분리막과 별개로 투입될 수도 있고, 침지형 중공사 분리막과 함께 막모듈로 제작되어 모듈 형태로 생물반응조 내부에 투입될 수 있다. 특히, 본 발명의 관형 편물 담체는 종래 침지형 분리막으로 사용되는 중공사 제조에 있어 보강재로도 적용되기 때문에 중공사와 함께 모듈화하기 용이하다.
또한, 본 발명은 상기 관형 편물 담체를 중공사막과 함께 모듈화한 수처리용 중공사막 모듈을 제시한다.
본 발명의 수처리용 중공사막 모듈은 복수개의 중공사막이 모인 중공사막 다발; 전술한 바의 관형 편물 담체가 복수개 모인 관형 편물 담체 다발; 및 상기 중공사막 다발과 관형 편물 담체 다발을 수용하는 모듈 하우징을 포함한다.
이와 같은 수처리용 중공사막 모듈은 하나의 모듈로 분리막에 의한 고액분리와 분리막의 생물오염 방지를 동시에 구현할 수 있다. 또한, 대규모 수처리 시스템 적용시 스케일-업(scale-up)이 용이할 뿐만 아니라 기존 분리막 생물반응조 수처리 공정의 구성을 변경하지 않고도 생물반응조 내부에 투입되어 공정의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 관형 편물 담체 또는 수처리용 중공사막 모듈을 분리막 생물 반응조 공정에 적용한 분리막 생물반응조 수처리 방법을 제시한다.
본 발명의 수처리 방법은 분리막 생물 반응조 내로 유입된 하폐수에 대하여 생물학적 처리를 실시하면서 분리막 여과에 의해 슬러지와 처리수를 분리하는 생물학적 처리 및 분리 단계; 상기 생물학적 처리 및 분리 단계에서 생성된 입자성의 잉여 슬러지를 취출하는 슬러지 취출 단계를 포함하고, 상기 분리막 생물 반응조에 본 발명의 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체를 투입하거나, 분리막 생물 반응조 내의 분리막으로 본 발명의 수처리용 중공사막 모듈을 사용하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 수처리 방법은 분리막의 생물막 오염을 효과적으로 억제하여 분리막의 여과 성능을 개선하므로, 장기간 안정적으로 수처리 공정을 운전할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(제조예 1)
(관형 편물 담체 제조)
섬도 0.4 데니어인 모노필라멘트 205가닥으로 이루어진 82 데니어의 필라멘트사 6본을 합사하여 준비한 제편용 원사 12본을 사용하여 외경이 2mm가 되도록 제편된 관형 편물을 준비하였다. 준비된 관형 편물에 폴리(D-글루코사민) 디아실레이티드 키틴(키토산) 용액 (1% w/v)을 가하여 키토산 층을 형성하였다.
키토산 층이 형성된 관형 편물 10g을 아실라제 효소 용액(500 ppm) 20mL에 넣은 후 교반한 다음 10% v/v 글루타르알데히드 200 μL을 가해 글루타르알데히드의 최종농도 0.05 % v/v 조건에서 화학적으로 고정하여 아실라제가 고정된 관형 편물 담체를 제조하였다.
(제조예 2)
아실라제 효소 대신 프로테아제(savinase TM, 노보자임)을 사용한 것을 제외하고 상기 제조예 1과 동일하게 수행하여 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 제조하였다.
제조한 관형 편물 담체를 단백질에 대하여 결합 특이성을 가지는 형광염료인 Sypro Orage를 사용하여 염색한 후 공초점 레이저 현미경으로 관찰하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 단백질에 특이성을 갖는 형광염료가 레이저 현미경 상으로 붉은색으로 관찰되어, 관형 편물 상에 생물막 형성 억제효소인 프로테아제가 균일하게 고정되었음을 확인할 수 있었다.
(실시예 1)
도 4와 같이, 실험실 규모의 분리막 생물반응기 2조를 병렬 운전하였다. 생물반응기 1조는 관형 편물 담체 없이, 생물반응기 2조는 상기 제조예 1의 아실라제가 고정된 관형 편물 담체를 침지하여 운전하였다. 이때 제조예 1의 관형 편물 담체는 아실라제 효소의 농도가 반응기 작동 부피(7L) 기준 10 ppm이 되도록 투입하였다. 즉, 단위 g 당 효소 10 mg이 담지된 편물담체 7g을 생물반응기에 침지하였다. 편물 담체 외의 생물반응기 운전조건은 아래 표 1에 정리하였다. 7일간 총 2회의 여과 실험을 수행하고, 막오염 정도를 나타내는 지표인 막간차압(Transmembrane pressure, TMP)를 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
working volume 7L
MLSS
(Mixed Liquor Suspended Solids)		 5200(±300) mg/L
수치학적 체류시간
(HRT, hydraulic retention time)		 5~10 시간
고형물 체류시간
(SRT, solid retention time)		 w/o sludge withdrawal
막 면적 0.02 m2
막 유량 10~50 L/m2/h
COD removal efficiency 98%
pH 7.8
DO
(dissolved oxygen)		 4.3 mg/L
도 5는 본 발명에 따른 아실라제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 운전이 진행됨에 따라 분리막 표면에서 생물막이 형성되고 이는 막오염의 증가에 의한 분리막 투수도 저하로 이어져 막간차압이 증가하는 결과를 보였다. 본 발명의 아실라제가 고정된 관형 편물 담체가 적용된 경우, 이를 사용하지 않은 경우보다 막간차압이 완만하게 상승하여 생물막오염 정도가 저하됨을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
제조예 1에서 제조한 아실라제가 고정된 관형 편물 담체와 제조예 2에서 제조한 프로테아제가 고정된 관형 편물을 동시에 생물반응기에 투입한 것을 제외하고는 상시 실시예 1과 동일하게 공정을 운전하였다. 이때 제조예 1의 관형 편물 담체는 아실라제 효소의 농도가 10 ppm이 되도록, 제조예 2의 관형 편물 담체는 프로테아제 효소의 농도가 10 ppm이 되도록 투입하였다. 즉, 아실라제가 담지된 편물 담체 7g, 프로테아지가 담지된 편물담체 7g을 각각 모듈링하여 생물반응기에 침지하였다.
도 6은 본 발명에 따른 아실라제가 고정된 관형 편물 담체와 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 함께 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 아실라제와 프로테아제를 함께 사용한 경우 아실라제가 고정된 관형 편물 담체를 단독으로 사용한 경우와 비교하여, 막간차압이 보다 완만하게 증가함을 알 수 있었다.
(실시예 3)
제조예 2에서 제조한 프로테아제(savinase TM)가 고정된 관형 편물을 생물반응기에 투입한 것을 제외하고는 상시 실시예 1과 동일하게 공정을 운전하였다. 이때 제조예 2의 관형 편물 담체는 프로테아제 효소의 농도가 10 ppm이 되도록 투입하였다. 즉, 프로테아제가 담지된 편물 담체 7g을 모듈링하여 생물반응기에 침지하였다.
도 7은 본 발명에 따른 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 분리막 생물반응조에 투입하여 운전한 후 막간차압을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 프로테아제가 고정된 관형 편물 담체를 사용한 경우, 사용하지 않은 경우보다 막간차압이 약 10% 정도 감소함을 확인할 수 있었다.

Claims (10)

  1. 복수의 필라멘트사들이 서로 교호되게 엮어짐으로써 양단이 개방된 속이 빈 튜브 구조를 형성하는 관형 편물;
    상기 관형 편물 상에 형성된 효소 고정화 고분자층; 및
    상기 효소 고정화 고분자층 상에 고정화된 생물막 형성 억제 효소
    를 포함하는 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 효소 고정화 고분자층과 생물막 형성 억제 효소는 가교제를 통해 가교결합된 것인 관형 편물 담체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가교제는
    글루타르알데하이드, 덱스트란 폴리알데하이드, 디메틸아디피미데이트 디하이드로클로라이드, 디메틸 수베리미데이트 디하이드로클로라이드, 디숙신이미딜 수버레이트, 숙신이미딜-4(N-말레이미도메틸)-사이클로헥산-1-카르복실레이트, m-말레이미도벤조일-N-하이드록시숙신이미드 에스테르, N-숙신이미딜(4-요오도아세틸)-아미노벤조에이트 또는 N-숙신이미딜-3-(2-피리딜디티오-프로피오네이트)인 것인 관형 편물 담체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트사는
    폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 나일론으로 이루어진 것인 관형 편물 담체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 관형 편물은
    직경이 0.15 내지 0.5 mm인 것인 관형 편물 담체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 효소 고정화 고분자층은
    키토산, 셀룰로오스, 알긴산, 카복시메틸셀룰로오스, 폴리(2-하이드록시에틸 메타크릴레이트) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 고분자를 포함하는 것인 관형 편물 담체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 생물막 형성 억제 효소는
    아실라제, 락토나제, 프로테아제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 효소를 포함하는 것인 관형 편물 담체.
  8. 복수개의 중공사막이 모인 중공사막 다발;
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 관형 편물 담체가 복수개 모인 관형 편물 담체 다발; 및
    상기 중공사막 다발과 관형 편물 담체 다발을 수용하는 모듈 하우징
    을 포함하는 수처리용 중공사막 모듈.
  9. 분리막 생물 반응조 내로 유입된 하폐수에 대하여 생물학적 처리를 실시하면서 분리막 여과에 의해 슬러지와 처리수를 분리하는 생물학적 처리 및 분리 단계;
    상기 생물학적 처리 및 분리 단계에서 생성된 입자성의 잉여 슬러지를 취출하는 슬러지 취출 단계를 포함하고,
    상기 분리막 생물 반응조에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 생물막 형성 억제 효소가 고정된 관형 편물 담체를 투입하는 것을 특징으로 하는 분리막 생물반응조 수처리 방법.
  10. 분리막 생물 반응조 내로 유입된 하폐수에 대하여 생물학적 처리를 실시하면서 분리막 여과에 의해 슬러지와 처리수를 분리하는 생물학적 처리 및 분리 단계;
    상기 생물학적 처리 및 분리 단계에서 생성된 입자성의 잉여 슬러지를 취출하는 슬러지 취출 단계를 포함하고,
    상기 분리막 생물 반응조 내의 분리막으로 제8항에 기재된 수처리용 중공사막 모듈을 사용하는 것을 특징으로 하는 분리막 생물반응조 수처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101429248B1 (ko) * 2011-06-03 2014-08-12 서울대학교산학협력단 생물막 형성 억제를 위한 정족수 감지 억제 효소 고정화 실리카가 포함된 효소 주머니를 적용한 수처리용 분리막 생물 반응조 시스템
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