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세계 최초 미생물을 이용한 분리막 오염 예방 기술 개발

최윤식 기자

등록 2014-07-29 14:10


한국환경산업기술원(원장 김용주)은 국가환경기술개발사업의 일환으로 연구를 진행한 서울대학교 이정학 교수팀이 세계 최초로 폐수처리 공정에 분자생물학을 접목하여 고질적인 분리막오염(membrane fouling) 문제를 획기적으로 예방하는 기술을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구 성과는 세계적 학술지 네이처(Nature) 7월 24일자 기술동향(Technology Feature) 란에 소개되었다.

폐수 처리공정인 ‘분리막 생물-반응기(MBR)’는 폐수의 고도처리와 처리수를 재이용하는 장점이 있어 세계적으로 널리 쓰이고 있다.
* MBR(Membrane Bio Reactor) : 생물학적 처리와 분리막을 결합한 하폐수처리 공정

세계적인 물부족 문제와 맞물려 MBR 공정은 연평균 20%씩 성장을 거듭하여 2018년 세계시장 규모는 3조 4,000억 원(34억 달러) 규모에 이를 것으로 예상된다.
그러나 MBR 공정은 폐수 중의 미생물이 분리막 표면에 미생물층 (생물막)을 형성하여 분리막의 세공이 막히는 고질적인 약점이 있다.

현재는 오염된 분리막을 물리적으로 세척하거나 염소(chlorine) 같은 화학약품을 이용해 오염을 제거하며 여기에 소요되는 에너지 비용이 MBR 운전비용의 약 60%를 차지할 정도다.

이정학 교수팀은 세계 최초로 폐수처리공학에 분자생물학을 접목하여 하폐수 처리용 MBR에서 분리막의 오염을 예방할 수 있는 획기적 기술을 개발했다.
▲ 네이처(7월 24일, 511권, 7510호)의 기술동향(Technology Feature)에 소개된 이정학 교수팀이 개발한 신기술 개요도

먼저, MBR 폐수 속 미생물이 서로 신호물질을 교환함으로써 여과분리막 표면에 군집(미생물층)을 형성하는 것이 분리막 오염의 주된 원인임을 확인했다.
미생물의 신호교환을 차단하기 위해 정족수 감지 억제(Quorum Quenching) 방법을 적용해 분리막의 오염 문제를 원천적으로 해결할 수 있었다.
폐수 속 미생물의 신호교환물질을 차단할 수 있는 미생물 발굴은 배재대학교 이정기 교수팀(바이오·의생명공학과)과 협력 연구를 통해 이루어졌다.

이정학 교수팀은 현재 가동 중인 하수처리장에서 실증 시험한 결과, 기존의 MBR 공정에 비하여 에너지 비용을 절반 수준으로 줄일 수 있었다.
이정학 교수팀은 환경부와 미래창조과학부의 지원으로 10년 넘게 꾸준히 연구를 이어오면서 세계적으로 이 분야 연구를 이끄는 리더 그룹으로 주목 받고 있다.
교수팀은 이번 연구 성과가 세계 시장에 미칠 영향을 고려해 우리나라뿐만 아니라 미국, 일본, 유럽, 중국 등에 각각 특허를 출원했다.

한국환경산업기술원 이종현 미래환경사업실장은 “이 기술은 국내에서 개발한 세계 최초의 원천기술로서 폐수처리분야의 세계시장을 선도하고, 또한 산학연 환경인들의 창의적인 연구개발에 자신감을 불어 넣어 줄 수 있는 훌륭한 모범사례”가 될 것이라고 말했다.
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