| 초록 |
□ 연구개요 미생물들은 신호전달물질(Signal molecule)을 생산, 분비, 수용함으로써 정족수 감지 (Quorum sensing, QS)을 하여 생물발광, 독성, 생물막 형성 등의 특징적인 집단행동을 보인다. 본 연구진은 선행 연구에서 이러한 정족수 감지를 억제(Quorum quenching, QQ)하여 하폐수 처리용 MBR에서 생물막 형성을 저감하여 공정 성능을 향상시키는데 성공하였으며, 이러한 결과를 바탕으로 정족수 감지 억제 기법을 다른 막여과 공정에 적용하기 위한 연구를 진행하였다. 그 중 첫 번째는 해수담수화용 막여과 공정에 정족수 감지 억제 기법을 적용하여 생물막 형성을 저감시키는 것이며, 두 번째는 정족수 감지 억제 기법을 통한 조류 독소의 제어이다. 마지막으로, 기존 연구의 연장선에서 다양한 조건의 하폐수에 맞는 정족수 감지억제 미생물을 발굴하여 최적의 공정을 개발하는 것이다. □ 연구 목표대비연구결과 본 연구의 최종 연구 목표는 조류 독소 제어, 해수담수화 등 정수처리용 막여과 공정의 성능 향상을 위한 정족수 감지 억제 기술 개발 및 다양한 조건의 하폐수별 맞춤형 정족수 감지 억제 막여과 생물반응기 기술 개발을 목적으로 한다. 첫 번째로 조류 독소 제어를 위한 정족수 감지 억제 기술 개발을 위해 조류 독소의 주요 원인이 되는 남조류인 Microcystis aeruginosa가 신호전달물질을 생산하는 것을 확인하였으며, 신호전달물질을 분해하는 QQ 미생물인 Rhodococcus sp. BH4 균주를 사용하여 연구를 진행하였다. Rhodoccous sp. BH4와 M. aeruginosa를 장기간 동시 배양하였을 때 4주 이후 M. aeruginosa가 급격히 사멸기에 들어가 OD680, 클로로필-a, 조류 독소 모두 감소하는 것을 확인하였다. 두 번째로 해수담수화 공정에서 QQ기법을 적용하기 위하여 고염분 조건에서 QQ 활성을 나타내는 Seohaeicola Zhoushanensis sp. 균주를 발굴하였으며, 이를 QQ담체에 고정한 뒤 금속 메쉬백에 담아 실험실 규모 RO 십자흐름장치에 적용하여 분리막의 종 부착 바이오매스가 감소한 것을 확인하였으며, 바이오매스의 평균 두께와 오염 면적 또한 감소한 것을 확인하였다. 마지막으로 본 연구진은 우리나라와 같이 4계절이 뚜렷하여 겨울철이 있거나 극지방과 같이 지속적으로 온도가 낮은 지역에서 MBR 플랜트의 공정 효율 저하에 주목하여, 저온 맞춤형 QQ-MBR 기술을 개발하였다. 기존 사용하던 Rhodococcus sp. BH4를 저온 조건인 10°C에서 장시간 배양하여 적응시켰을 때 저온에서의 활성이 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 저온에 적응시킨 BH4를 담체에 고정시켜 저온 조건의 MBR에 주입하였을 때뚜렷한 운전 효율 향상을 확인할 수 있었다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통해 개발한 기술을 활용한다면, QQ 기법을 활용하여 조류 독소 분비 자체를 사전에 저감할 수 있게 되며, 이러한 사전 저감과 사후 제거 기술을 결합하여 조류 독소제어 성능을 혁신적으로 향상시킬 것으로 기대한다. 에너지 비용이 큰 해수담수화용 막여과 공정에서의 생물막 형성을 QQ로 제어함으로써 공정 성능을 향상시켜 에너지 비용을 저감할 수 있을 것이다. 또한 QQ 미생물 적응 기법을 활용하여, 세계 여러 지역의 하폐수 처리에 적합한 맞춤형 QQ MBR 기술을 개발할 수 있을 것으로 기대한다. 기술적 측면에서 조류 독소 제어 기술, 정수 및 하폐수 막여과 기술 향상 및 확산과 추후 조류 독소 외에도 정족수 감지 기작으로 발생하는 오염물 제어에 본 연구 개발 기술을 활용할 수 있으며, 강화될 먹는물 및 배출수 기준에 대비한 국내 기술을 보유할 수 있다. 경제, 산업적 측면으로는 환경 및 국민 보건 향상에 기여하며 조류 독소 제거를 위한 사후 정수 처리 비용의 절감이 기대된다. 그리고 조류 독소를 사전에 저감하여 타 산업 (수산양식업, 농업 등)의 직간접적인 피해를 저감할 수 있으며, 개발한 해수담수화 기술과 MBR 기술 등을 실용화하여 국내외 수처리 시장 진출을 기대할 수 있다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
