역삼투 해수담수화 공정 내 바이오필름 형성 미생물의 부착 및 고압내성 특성 (Adhesion Characteristics and the High Pressure Resistance of Biofilm Bacteria in Seawater Reverse Osmosis Desalination Process)

역삼투 해수담수화(SWRO)공정의 큰 문제점 중 하나인 biofouling 현상을 초기에 감지하기 위한 센서 개발의 선행 연구로써, 본 연구는 역삼투막에 바이오필름을 형성하는 문제성 있는 박테리아를 센서의 타겟 박테리아로 제시하는 것에 중점을 두었다. 문헌조사왿� 실제 해수담수화 공정에서 사용된 해수 원수왿� 오염된 역삼투막에 존재하는 박테리아를 계통발생학적으로 분석한 결과를 토대로 Bacillus sp., Flavobacterium sp., Mycobacterium sp., P. aeruginosa, P. fluorescens, 그리고 Rhodobacter sp.의 여섯종의 모델 박테리아를 선정하였고, 선정된 모델 박테리아 중, 막 오염 잠재력을 가진 종을 찾아내기 위해 각각 박테리아의 역삼투막 부착 능력, 고압내성, 그리고 소수성을 비교 분석하였다. 그 결과, 역삼투막 부착능력은 Rhodobacter sp.왿� Mycobacterium sp.가 뛰어났으며 소수성이거나 역삼투막(접촉각 약 63°)과 비슷한 접촉각을 가진 박테리아가 역삼투막에 잘 부착하였다. 800 psi의 고압을 적용 한 후, Rhodobacter sp.는 여섯 종류의 모델 박테리아 중 59-73%의 가장 큰 개체수의 감소를 보였고, P. fluorescens는 1-29%로 가장 높은 고압내성을 보였다. 부착, 소수성, 고압내성 특성을 통한 역삼투막에 biofouling을 유발하는 영향력 있는 박테리아 선정 실험 결과, 여섯 종류의 모델 박테리아 중 Mycobacterium sp.가 부착 능력이 뛰어나고 높은 소수성 특성을 가지며, 800 psi의 고압에서도 50% 이상의 cell의 생물학적 활성능력을 가지고 있어, 막 오염을 유발시키는 가장 잠재력 있는 박테리아로 분석되었다.

Biofouling in seawater reverse osmosis (SWRO) desalination process causes many problems such as flux decline, biodegradation of membrane, increased cleaning time, and increased energy consumption and operational cost. Therefore biofouling is considered as the most critical problem in system operation. To control biofouling in early stage, detection of the most problematic bacteria causing biofouling is required. In this study, six model bacteria were chosen; Bacillus sp., Flavobacterium sp., Mycobacterium sp., Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens, and Rhodobacter sp. based on report in the literature and phylogenetic analysis of seawater intake and fouled RO membrane. The adhesion to RO membrane, the high pressure resistance, and the hydrophobicity of the six model bacteria were examined to find out their fouling potential. Rhodobacter sp. and Mycobacterium sp. were found to attach very well to RO membrane surface compared to others used in this study. The test of hydrophobicity revealed that the bacteria which have high hydrophobicity or similar contact angle with RO membrane (63° of contact angle) easily attached to RO membrane surface. P. aeruginosa which is highly hydrophilic (23.07° of contact angle) showed the least adhesion characteristic among six model bacteria. After applying a pressure of 800 psi to the sample, Rhodobacter sp. was found to show the highest reduction rate; with 59-73% of the cells removed from the membrane under pressure. P. fluorescens on the other hand analyzed as the most pressure resistant bacteria among six model bacteria. The difference between reduction rates using direct counting and plate counting indicates that the viability of each model bacteria was affected significantly from the high pressure. Most cells subjected to high pressure were unable to form colonies even thought they maintained their structural integrity.