KR20220154895A - 시스-2-데세노익산을 포함하는 생물막 형성 억제용 조성물 - Google Patents

시스-2-데세노익산을 포함하는 생물막 형성 억제용 조성물 Download PDF

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송원중
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Abstract

본 발명은 시스-2-데세노익산을 포함하는 생물막 형성 억제용 조성물에 관한 것이다. 구체적으로는, 시스-2-데세노익산을 이용한 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물, 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법 및 분리막 수처리 장치에 대한 것이다.
본 발명은 시스-2-데세노익산을 유효성분으로 함으로써 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성의 효과적인 억제/방지에 의해서 분리막의 여과 성능이 현저하게 개선됨으로써 장기간 동안 수처리 공정을 보다 안정적으로 수행할 수 있다.

Description

시스-2-데세노익산을 포함하는 생물막 형성 억제용 조성물{Composition for preventing formation of biofilm comprising cis-2-decenoic acid}
본 발명은 시스-2-데세노익산의 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 용도에 관한 것이다. 구체적으로는, 시스-2-데세노익산을 이용한 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물, 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법 및 분리막 수처리 장치에 대한 것이다.
산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 오염물의 양과 종류가 급격히 증가함으로써 응집-침전-여과를 하는 기존의 정수방법은 점차 그 한계를 노출하고 있다. 이에 분리막을 이용한 수처리 공법은 기존의 수처리 공법보다 공정이 비교적 간단하고 다양한 수질로부터 우수한 수질을 안정적으로 얻을 수 있는 기술로서 각광받고 있다. 또한, 분리막을 이용한 수처리 공정은 오염물의 제거성능이 뛰어날 뿐만 아니라 매우 컴팩트한 공정 구성이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
그러나, 분리막을 이용한 수처리 공정은 분리하고자 하는 용액에 포함된 부유물, 미생물, 콜로이드, 유기물, 무기물 등의 성분들이 분리막의 표면과 기공 사이에 쌓이는 분리막 오염 현상이라는 결정적 약점이 존재한다. 분리막이 오염되면, 투과유량이 감소하고, 에너지 소비가 증가하며, 유기물 제거 성능이 감소하고, 분리막 사용기간이 급속히 단축된다.
미생물에 의한 오염은 다른 물질에 의한 오염보다 분리막의 성능을 매우 급격하게 떨어뜨리며, 한번 오염되면 회복이 쉽지 않다는 커다란 문제점을 가지고 있다. 미생물이 생물막(biofilm)을 형성하게 되면 체외대사물질 (EPS; extracellular polymeric substance; Carbohydrate, 단백질, and Nucleic acid)을 분비하게 되고, 이 물질들은 분리막 표면에 고착되어 또 다른 미생물의 생장을 유도하게 된다. 분리막에 존재하는 생물막의 제거를 위해서 물리적 (forward flushing, air sparging 등), 화학적인 방법 (염소, 계면활성제처리 등)이 사용되었다. 하지만, 효율적인 제거가 힘들 뿐만 아니라, 화학약품에 의해서 분리막이 손상되는 문제점을 야기하고 있다.
최근에는, 정족수인식을 유도하는 신호물질을 분해하는 효소를 이용하여 미생물의 신호체계의 교란을 통하여 분리막 결합형 생물반응기의 생물막 형성을 차단하는 연구가 진행되었다. 하지만 이 접근방식은 고가의 효소로 인한 경제적인 측면이나 효소의 불안정성 측면을 고려해 볼 때 여전히 불완전한 접근방식이다. 그러므로, 신호물질의 분해효소를 사용하는 방법보다 생물막 형성을 직접적으로 저해하는 미생물 신호물질을 이용하여 분리막에 형성되는 생물막을 조절하는 방법이 더욱 합리적인 방법일 것이다.
본 발명자들은 생물막 형성을 억제할 수 있는 물질에 대하여 연구하던 중, 미생물 신호물질인 시스-2-데세노익산이 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성을 효율적으로 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
KR 10-0981519 B
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시스-2-데세노익산 (cis-2-decenoic acid; CDA)을 유효성분으로 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수처리용 분리막은 역삼투막, 정밀여과막 및 한외여과막 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 피처리수에 시스-2-데세노익산을 혼합하는 단계; 및 상기 피처리수 및 시스-2-데세노익산의 혼합물을 수처리용 분리막을 통해 여과시키는 단계;를 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시스-2-데세노익산의 농도는 150 내지 550 nM일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 여과시키는 단계의 여과는 막 면에 대하여 평형으로 물의 흐름이 형성되는 십자류 여과(cross-flow filtration) 방식으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 피처리수를 수용하는 반응조 및 수처리용 분리막을 포함하고, 상기 반응조는 내부에 시스-2-데세노익산을 주입하기 위한 주입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막 수처리 장치를 제공한다.
본 발명은 시스-2-데세노익산을 유효성분으로 함으로써 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성의 효과적인 억제/방지에 의해서 분리막의 여과 성능이 현저하게 개선됨으로써 장기간 동안 수처리 공정을 보다 안정적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 생물반응조 (MBR; membrane bioreactor) 시스템을 간단히 나타내는 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 분리막 생물반응조에 시스-2-데세노익산을 적용하여 수처리한 후의 분리막 상의 총 EPS 내 단백질 및 다당류 함량을 분석한 결과를 나타낸 것이고, 도 2b는 상기 총 EPS에 함유된 단백질 중에서 soluble EPS 및 bound EPS에 함유된 각각의 단백질 함량을 분석한 결과이며, 도 2c는 soluble EPS 및 bound EPS에 함유된 각각의 다당류 함량을 분석한 결과이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 분리막 생물반응조에 시스-2-데세노익산을 적용하여 수처리한 후의 분리막 표면의 생물막을 CLSM (confocal laser scanning microscopy)를 이용하여 분석한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 시스-2-데세노익산을 분리막 생물반응조로 투입하여 인공하수를 처리하는 과정에서, 상기 분리막 생물반응조의 운전기간 경과에 따른 TMP(막간차압)를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명은 시스-2-데세노익산 (cis-2-decenoic acid; CDA)을 유효성분으로 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물을 제공한다.
본 발명의 상기 시스-2-데세노익산은 불포화지방산이고, 미생물의 행동양식 조절이 가능한 신호물질로서, 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성을 억제할 수 있고, 기형성된 생물막의 분산을 유도할 수 있다. 구체적으로, 상기 시스-2-데세노익산은 분리막 상에서의 생물막 형성을 제어함으로써 공정에 필요한 미생물의 비활성화나 공정 효율의 저하 없이 분리막 표면의 생물막 형성 및 생물막 오염을 억제할 수 있다.
상기 시스-2-데세노익산을 생물막 형성 억제제로 개발하기 위한 발명 및 시도는 부족한 실정이다. 특히 생물막 형성이 심각한 문제가 되는 수처리용 분리막 분야에 이를 적용하려는 시도는 전무하다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 생물막 억제 효능이 있는 물질에 대해 연구하더 중 시스-2-데세노익산의 생물막 억제 효과가 우수함을 확인하게 되었고, 이를 수처리용 분리막 분야에 적용할 수 있음을 입증함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명에서 사용되는 용어인 "수처리용 분리막"은 해수의 담수화 공정; 음용수 제조; 및 오폐수 처리 등의 다양한 수처리 분야에 사용되는 분리막에 관한 것으로, 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 소재를 의미한다. 구체적으로 이에 제한되는 것은 아니나 분리되는 혼합물의 크기에 따르 나노여과막, 한외여과막, 정밀여과막, 역삼투막 등이 이에 해당할 수 있으며, 한외여과막인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 수처리용 분리막은 특별히 제한되는 것은 아니나, 분리막 생물반응조 (Membrane Bioreactor: MBR)를 적용한 수처리 방법에 적용되는 것이 바람직하다. 상기 분리막 생물반응조는 생물학적 활성슬러지법의 최종 처리 단계인 침전 여과 공정 대신 막분리 공정을 이용하여 수처리한다.
또한 본 발명에서 사용되는 용어인 "생물막(biofilm)"은 미생물이 스스로 분비한 다량체 기질(polymeric matrix) 속에 형성된 미생물들의 집합체로서, 고체 표면 위에 막 형태로 형성되는 것을 의미한다.
본 발명의 시스-2-데세노익산은 미생물의 생물막 형성을 직접적으로 저해하는 화학 물질로 작용하는 바, 막여과 공정의 전처리제로 사용될 수 있으며, 이때 이하 실시예에서 확인 할 수 있는 것과 같이 수처리용 분리막에서의 생물막 형성을 우수하게 억제할 수 있다.
또한, 상기 시스-2-데세노익산은 150 내지 550 nM, 바람직하게는 200 내지 500 nM, 더욱 바람직하게는 200 내지 400 nM, 더욱 바람직하게는 250 내지 350 nM 농도로 이용되는 것이 수처리용 분리막에서의 생물막 형성 억제 효과가 우수하다.
상기 시스-2-데세노익산의 농도가 상기 하한치 미만인 경우에는 생물막 형성 억제 효과가 미미할 수 있고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 박테리아의 성장이 억제될 수 있으며, 인간세포에 대하여 세포독성이나 자극효과가 나타날 수 있다. 특히, MBR은 반응조 내 활성슬러지(미생물)의 생물학적 분해 과정을 통해 피처리수에 포함된 유기물을 산화, 분해하여 유기물의 농도를 감소시키는데, 시스-2-데세노익산의 농도가 상기 상한치를 초과하는 경우에는 박테리아의 성장이 억제되고, 이로 인해 미생물의 생물학적 분해 활성이 저하됨으로써, 공정의 효율이 떨어지게 된다.
본 발명의 시스-2-데세노익산을 유효성분으로 포함하는 조성물은 다양한 생물군이 존재하는 정수 처리 시스템에서도 다양한 미생물군의 활성에는 영향을 주지 않고 생물막 형성을 효과적으로 억제할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 조성물은 수처리용 분리막 상의 생물막의 형성을 상기 조성물을 처리하지 않은 대조군에 비해 10 내지 30%, 바람직하게는 15 내지 25% 감소시킬 수 있다. 하기 실시예에서, 본 발명에 따라 시스-2-데세노익산을 처리하여 수처리한 후 분리막 표면에 형성되는 생물막을 분석한 결과, 대조군에 비해 총 바이오매스는 약 17.03% 감소하고, 용적 대 표면적 비율은 약 1.5% 감소하였으며, 평균두께는 약 2.13% 감소한 것을 구체적으로 확인하였다.
또한, 본 발명의 조성물은 수처리용 분리막의 사용기간(또는 수명)을 약 40 내지 70%, 바람직하게는 50 내지 60% 연장시킬 수 있다.
하기 실시예에 따라 시스-2-데세노익산을 분리막 생물반응조로 투입한 경우 한계 TMP인 40 kPa에 도달하기까지 약 14일이 걸린 반면, 시스-2-데세노익산을 투입하지 않은 대조군은 약 9일이 걸린 것으로 나타나, 대조군에 비해 분리막 사용기간(또는 수명)을 약 55% 연장시키는 것을 구체적으로 확인하였다.
본 발명의 한 구체예에서, 본 발명이 적용되는 수처리용 분리막은 한외여과막 또는 정밀여과막(Microfiltration: MF)일 수 있고, 바람직하게는 한외여과막일 수 있다. 상기 한외여과막은 기공 크기가 1 nm ~ 0.1 μm인 것이 바람직하고, 상기 기공 크기를 가지는 한외여과막은 정밀여과막(microfiltration membrane) 등에 비해 작은 크기의 입자들을 분리하기에 유용하다는 장점이 있다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 시스-2-데세노익산은 미생물의 생물막 형성을 직접적으로 저해하는 화학 물질로 사용된다. 따라서 막여과 공정에서 전처리제의 형태로 적용될 수 있다.
전처리라 함은 수처리용 분리막의 보호 및 파울링(fouling)의 제어를 목적으로 막 여과 설비의 전단에서 행하는 전처리 공정을 모두 통징하는 의미이며, 구체적으로는 협잡물을 제거하기 위한 스크린, 프리필터 또는 여과성능 향상 등을 위한 응집제 주입, 살조(殺藻), 막에의 유기물 부착방지, 또는 철 또는 망간 등의 산화를 위한 염소제 주입 공정 등이 있다. 이 중 응집제, 살조제, 염소제 등의 물질을 전처리제라 하고, 본 발명은 이러한 전처리제의 형태로 사용될 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 생물막 형성 억제용 조성물은 피처리수와 혼합되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 피처리수에 시스-2-데세노익산을 혼합하는 단계; 및 상기 피처리수 및 시스-2-데세노익산의 혼합물을 수처리용 분리막을 통해 여과시키는 단계;를 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법을 제공한다.
상기 시스-2-데세노익산의 농도는 150 내지 550 nM, 바람직하게는 200 내지 500 nM, 더욱 바람직하게는 200 내지 400 nM, 더욱 바람직하게는 250 내지 350 nM일 수 있다.
상기 시스-2-데세노익산의 농도가 상기 하한치 미만인 경우에는 생물막 형성 억제 효과가 미미할 수 있고, 상기 상한치를 초과하는 경우에는 박테리아의 성장을 억제하며 인간 세포에 대하여 세포 독성이나 자극 효과가 나타날 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 상기 여과시키는 단계의 여과 방식은 피처리수 중의 현탁물질이나 콜로이드 등이 분리막 면에 퇴적, 부착하는 것을 최대한 막기 위하여 폭기조 내 상향류 흐름을 이용하여 막 표면이 전단력을 받도록 함으로써 막오염 저감이 가능한 십자류 여과 (cross-flow filtration) 방식으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 피처리수를 수용하는 반응조 및 수처리용 분리막을 포함하고, 상기 반응조는 내부에 시스-2-데세노익산을 주입하기 위한 주입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막 수처리 장치를 제공한다.
본 발명의 분리막 수처리 장치는 반응조 내부에 시스-2-데세노익산을 주입하기 위한 주입부를 구비함으로써 수처리 과정에서 시스-2-데세노익산을 용이하게 주입할 수 있고, 이로 인해 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성을 억제할 수 있고, 분리막 사용기간(또는 수명)을 효과적으로 연장시킬 수 있게 된다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하겠으나, 다음 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
실시예 : 시스-2-데세노익산을 이용한 분리막 생물반응조 수처리 공정
시스-2-데세노익산 (CDA; cis-2-decenoic acid)을 투입할 수 있는 주입부를 구비한 반응조를 장착하여서 실험실 규모의 분리막 생물반응조 (MBR; membrane bioreactor) 시스템을 구현하였다 (도 1 참조).
구체적으로, 인공하수가 연속적으로 분리막 생물반응조로 유입되도록 하되, 수위계를 이용하여 유입을 조절하였다. 이후, 상기 분리막 생물반응조의 주입부를 통하여 시스-2-데세노익산이 300 nM의 농도가 되도록 투입하였다. 또한, 상기 분리막 생물반응조는 연동펌프를 통해 십자류흐름(cross flow) 방식으로 흡입 여과되도록 하였다. 그리고, 상기 분리막 생물반응조의 막간차압 (TMP; Trans-membrane pressure)이 40 kPa에 도달하는 시점까지 운전하였다. 상기 막간차압은 digital pressure gauge를 통해 계측하였고, 데이터는 DAQ 보드를 통해 Labview 프로그램에 연속적으로 수집되었다.
한편, 상기 분리막 생물반응조의 운전에 사용된 분리막은 GE-Zenon (Canada)사의 ZeeWeed500 제품이다. 상기 분리막 (ZeeWeed500 제품)은 Polyvinylidene Fluoride(PVDF) 재질의 한외여과막으로서, 20 cm의 길이로 자른 아크릴관과 어댑터를 이용하여 분리막 모듈 (유효표면적: 119.38 ㎠)로 제작되었다. 제작된 모듈은 분리막 생물반응조에 2개씩 설치하였고, 상기 분리막 생물반응조 시스템에 설치하기 전 clean water flux 속도를 측정하였다. 모듈 1개 당 flux는 분리막 생물반응조의 운전조건과 동일하게 20 LMH (L/㎡*hr)로 설정하였다. 상기 분리막 모듈은 증류수로 채워진 반응조에 침지되었으며, 연동 펌프 (peristaltic pump)에 의해 막간차압 (TMP)이 발생되었다. CWF (Clean water flux) 측정 동안의 막간차압 (TMP)은 4.5ㅁ0.84 kPa였으며, 2 시간 동안 진행되었다. 상기 분리막 모듈의 구체적인 사양을 하기 표 1에 나타내었다.
수처리용 분리막 모듈의 구체적인 사양
Description Specification
Membrane material PVDF
Nominal pore size 0.04 ㎛
Nominal fiber diameter OD : 1.9 mm
ID : 0.8 mm
Flow path outside - in
Surface properties Non-ionic & Hydrophilic
Number of fibers 10
Fiber length 20 cm
Effective filtration area 119.38 ㎠
실험에 사용된 인공 하수는 하기 표 2의 조성으로 제조하였다. 상기 인공 하수는 실험실 규모의 분리막 생물반응조 (MBR) 내의 COD (600 mg/L)를 유지하기 위한 것이다.
인공하수의 성분
Substance 농도 (g/L)
포도당 0.4000
효모 추출물 0.0140
박토펩톤(Bactopeptone) 0.1150
(NH4)2SO4 0.1048
KH2PO4 0.0218
MgSO4+7H2O 0.0320
FeCl3+6H2O 0.0001
CaCl2+2H2O 0.0033
MnSO4+5H2O 0.0029
NaHCO3 0.2555
<시험예>
각각의 실험은 3회 반복 수행하였으며, 그 결과를 3개 측정값의 평균값으로 나타내었다.
시험예 1: EPS (extracellular polymeric substance) 추출 및 분석
1-1: EPS 추출
운전이 종료된 후의 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 정도를 파악하기 위하여, 상기 분리막 상의 EPS (체외대사물질)를 추출 및 분석하였다.
구체적으로는, 분리막 생물반응조 (MBR) 내 분리막 모듈이 한계 TMP (40 kPa)에 도달하였을 때에 운전을 종료한 후, MBR로부터 분리한 분리막의 표면에 붙어 있는 슬러지 잔유물을 증류수를 이용하여 제거하였다. 상기 분리막들을 1-2 cm 크기로 자른 후 버퍼용액에 넣고 5분간 강하게 섞어준 다음, 1 시간 동안 초음파 처리를 하였다. 상기 용액으로부터 분리막을 제거한 후, 12,000g로 15분간 원심분리한 뒤 상등액을 취하였으며, 상기 상등액을 0.45 ㎛ 필터로 여과하여 soluble EPS를 수득하였다. 이후, 상기 원심분리하고 남은 잔사에 상기 취한 상등액의 양만큼 버퍼를 다시 채워준 후, CER (Cation exchange resin)을 용량에 맞게 첨가하였다 (CER 5 g/60-80 ㎠). 상기 CER을 포함한 용액을 4 ℃에서 600-900 rpm으로 1 시간 30분 동안 교반하였다. 이후, 12,000 g으로 15분간 원심분리한 뒤 상등액을 취하였으며, 상기 상등액을 0.45 ㎛ 필터로 여과하여 bound EPS를 수득하였다.
상기 수득한 EPS (soluble EPS 및 bound EPS)의 단백질, 다당류 함량 분석을 진행했다.
상기 단백질은 Bradford method로 함량 분석을 실시하였으며, 다당류는 TOC analyser를 이용하여 정량하였다.
1-2: EPS 분석
상기 EPS (soluble EPS 및 bound EPS)의 단백질 및 다당류를 분석한 결과를 도 2에 나타내었다. 상기 도 2a는 본 발명의 실시예에 따라 분리막 생물반응조에 시스-2-데세노익산을 적용하여 수처리한 후의 분리막 상의 총 EPS 내 단백질 및 다당류 함량을 분석한 결과를 나타낸 것이고, 도 2b는 상기 총 EPS에 함유된 단백질 중에서 soluble EPS 및 bound EPS에 함유된 각각의 단백질 함량을 분석한 결과이며, 도 2c는 soluble EPS 및 bound EPS에 함유된 각각의 다당류 함량을 분석한 결과이다.
상기 도 2a를 살펴보면, 총 EPS의 경우 시스-2-데세노익산을 적용한 실시예는 단위 면적당 32.3 ㎍EPS이고, 대조군은 단위 면적당 36.4 ㎍EPS인 것으로 나타나, 시스-2-데세노익산의 적용으로 인해 총 EPS가 11.4% 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 시스-2-데세노익산의 적용으로 인한 감소 효과는 단백질보다는 다당류의 감소 효과가 큰 것으로 나타났다.
도 2b를 살펴보면, 시스-2-데세노익산을 적용한 실시예는 대조군에 비해 단백질 함량이 9% 감소한 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2c를 살펴보면, 대조군의 다당류 분석 결과 bound EPS 수준이 soluble EPS에 비해 높았으며, 시스-2-데세노익산을 적용한 실시예는 soluble EPS 및 bound EPS 모두 감소한 것을 확인할 수 있다. 또한, 시스-2-데세노익산을 적용한 실시예는 대조군에 비해 다당류 함량이 14% 감소한 것을 확인할 수 있다.
시험예 2: CLSM (Confocal laser scanning microscopy) 분석
본 발명의 실시예에 따라 분리막 생물반응조에 시스-2-데세노익산을 적용하여 수처리한 후의 분리막 표면의 생물막을 관찰하기 위하여 CLSM (Confocal laser scanning microscopy) 분석을 실시하였다.
구체적으로, 상기 분리막 생물반응조의 분리막 모듈에서 분리한 분리막을 증류수를 이용하여 표면의 잔류물을 제거한 후, 1~2 cm 크기로 절단하였고, LIVE/DEAD BacLight bacterial viability kit를 이용하여 염색하였다.
상기 분리막을 페트리디쉬에 넣고 마이크로피펫을 사용하여 멤브레인 표면에 염료 200 ㎕를 가하였다. 상기 페트리디쉬의 뚜겅을 닫고 알루미늄 호일을 이용하여 암막 상태로 만든 후, 상온에서 20 내지 25분 동안 반응시켰다. 반응 종료 후 증류수를 이용하여 조심스럽게 2회 세척한 후 건조시켰다.
이후, 상기 분리막 표면의 생물막을 confocal laser scanning microscopy (LSM 710, ZEISS, Germany)를 이용하여 관찰하였다 (도 3 참조). 분석 이미지는 COMSTAT 프로그램을 이용하여 총 바이오매스, 용적 대 표면적 비율 및 평균 두께의 지표로 정량화 한 후, 하기 표 3에 나타내었다.
구분 바이오매스 (μm3/μm2) 용적 대 표면적 비율
(μm2/μm3)		 평균두께 (㎛)
대조군 37.23ㅁ6.02 2.01ㅁ0.14 39.96ㅁ7.10
실시예 30.89ㅁ5.27 1.98ㅁ0.37 39.11ㅁ8.06
상기 표 3 및 도 3을 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따른 분리막 표면에 형성되는 생물막의 형성이 감소한 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 상기 실시예에 따른 수처리용 분리막 표면에 형성되는 생물막의 분석 결과, 대조군에 비해 총 바이오매스는 약 17.03% 감소하고, 용적 대 표면적 비율은 약 1.5% 감소하였으며, 평균두께는 약 2.13% 감소하였다.
도 3은 대조군 및 실시예에 따른 분리막 표면에 형성된 생물막을 나타내는 것이다. 상기 도면에서, 대조군 (w/o QSC)은 분리막 표면의 대부분이 바이오매스로 덮혀 있는 반면, 실시예 (w/CDA)는 분리막 표면에 바이오매스로 덮힌 공간보다 빈 공극이 더 많이 관측될 뿐만 아니라, 분산된 박테리아에 의해 표면의 사멸 세포가 쉽게 관측된다.
이러한 결과는 시스-2-데세노익산 (CDA)의 QS (quorum sensing; 정족수 감지)에 의해 박테리아가 분산되고, 이로 인해 분리막 표면에 사멸된 세포가 존재하기 때문이며, 이는 곧 생물막 구조의 파괴를 의미한다.
시험예 3: 막간차압 (TMP; Transmembrane pressure) 측정
본 발명의 실시예에 따라 시스-2-데세노익산을 분리막 생물반응조로 투입하여 인공하수를 처리하는 과정에서, MBR 반응기의 TMP(막간차압)를 모니터링하여 도 4에 나타내었다. 각 조건에서 운전간 flux는 20 LMH로 유지되었으며, 한계 TMP 40 kPa 도달시 운전을 종료하였다.
도 4를 살펴보면, 본 발명의 실시예에 따라 시스-2-데세노익산을 분리막 생물반응조로 투입한 경우 한계 TMP인 40 kPa에 도달하기까지 약 14일이 걸린 반면, 시스-2-데세노익산을 투입하지 않은 대조군은 약 9일이 걸린 것으로 나타났다.
이러한 결과는, 본 발명에 따라 시스-2-데세노익산을 투입함으로서 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성이 억제 되어, 분리막 사용기간(또는 수명)이 약 55% 연장된 것을 의미한다.
비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (7)

  1. 시스-2-데세노익산 (cis-2-decenoic acid; CDA)을 유효성분으로 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수처리용 분리막은 정밀여과막 및 한외여과막 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제용 조성물.
  3. 피처리수에 시스-2-데세노익산을 혼합하는 단계; 및
    상기 피처리수 및 시스-2-데세노익산의 혼합물을 수처리용 분리막을 통해 여과시키는 단계;를 포함하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시스-2-데세노익산의 농도는 150 내지 550 nM인 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 수처리용 분리막은 정밀여과막 및 한외여과막 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 여과시키는 단계의 여과는 폭기조 내 상향류를 이용하여 막 면과 같은 방향으로 물의 흐름이 형성되는 십자류 여과(cross-flow filtration) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수처리용 분리막 상에서의 생물막 형성 억제 방법.
  7. 피처리수를 수용하는 반응조 및 수처리용 분리막을 포함하고,
    상기 반응조는 내부에 시스-2-데세노익산을 주입하기 위한 주입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 분리막 수처리 장치.


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