Water shortage is the biggest problem in the world. To solve this problem, the membrane system is regarded as a potential strategy. But membrane biofouling is inevitable problem. This membrane biofouling is mainly caused by biofilm and this biofilm is induced by bacterial communication called as Quorum sensing(QS). So by inhibiting this process, we can control the membrane biofouling. The materials which can make these possible, we call them as Quorum sensing inhibitors(QSIs). In the previous study, many researches try to applicate these QSIs for mitigation of biofilm in water treatment process. But until now, there’s nothing that are trying to applicate this QSIs on the FO process. So in this study, some kinds of QSIs will be applicated in FO process. And furthermore, the mechanisms of QSIs will be elucidated. In the first part, the effects of QSIs were tested on the FO membrane divided into batch mode and continuous. In the batch mode, the QSIs’ biofilm mitigation effect was analyzed by measuring the biofilm weight. And in the continuous FO process, the QSIs effects were tested on the water flux, biofilm and EPS quantification etc. All the results supported the QSIs can mitigate the biofilm formed on the membrane. In the second part, the QSIs’ biofilm mitigation mechanisms were elucidated through four different approaches. First, the effect of QSIs on the bacterial death was tested. And next, growth inhibition by QSIs was analyzed. And third one is signal molecules inactivation test. In the last part, the QSIs’ effect on gene expression was analyzed through RNA sequencing. The results are showing that QSIs can make the QS related gene to be down regulated. So in this study, QSIs have proven to have biofilm mitigation effect on the FO process. And this biofilm mitigation mechanisms was elucidated.through the RNA sequencing. That was downregulation of the QS related
전 세계적으로 물부족 문제가 심화됨에 따라 부족한 수자원의 확보를 위해 해수담수화와 물의 재이용이 주목받고 있다. 해수담수화와 물의 재이용을 가능하게 하는 여러 기술 중 막기반 수처리공정은 높은 처리효율을 장점으로 하여 그 가치를 인정받고 있다. 하지만 막기반의 공정은 파울링의 문제점을 갖고 있다. 이 파울링 중 가장 문제가 되는 것이 미생물에 의해 형성되는 바이오 파울링인데, 이 바이오 파울링은 쿼럼센싱이라 불리는 미생물들의 신호전달과정에 의해 촉진된다. 따라서 이를 저해할 수 있는 쿼럼센싱교란물질(QSIs)을 이용하여 막의 바이오필름을 저감하고자 하는 시도들이 많이 이루어 지고 있다. 이미 많은 연구에서 분리막생물반응조와 역삼투공정에서 QSIs를 적용하여 바이오필름 저감효과가 나타남을 밝힌바 있다. 하지만 아직까지 정삼투공정에서 이를 적용해 보고자 하는 연구 및 QSIs의 작용 메커니즘과 관련된 연구는 이루어 지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 QSIs가 정삼투 공정의 바이오필름 형성과정에서의 영향과 그때의 저해 기작을 밝히고자 하였다.
1장에서는 몇가지 선정된 QSIs를 정삼투공정에 적용하여 바이오필름 저감효과가 있다는 것을 유량, 바이오매스 정량 등을 통해 확인하고자 하였다. 그 결과 많은 부분에서 QSIs가 정삼투 공정에서도 바이오필름 저감 효과가 있음이 확인되었다.
2장에서는 바이오필름 저감 효과가 QSIs의 어떤 기작에 의한것인지를 총 네 개의 작용 메커니즘으로 구분하여 밝히고자 하였다. 먼저 실험에 사용된 동일 농도의 QSIs가 미생물의 사멸을 유발하는지 여부와 성장 억제효과를 각각 살펴보았다. 분석 결과 실험에 사용한 QSIs의 농도에서는 세포의 사멸이나 성장억제효과가 유발되지 않았다. 그리고 QSIs에 의해 쿼럼센싱 과정이 어떻게 영향을 받는지 두가지 방법으로 나누어 이를 알아보았다. 먼저 QSIs가 신호전달물질을 분해하거나 비활성화 하는 기능이 있는지 CV026미생물을 이용하여 확인한 결과, 일부 QSIs는 신호 물질의 비활성화에 관여하는 것으로 나타났다. RNA분석을 통한 유전자 발현 평가 결과에서는 QSIs물질이 AHL기반의 쿼럼센싱 관련 유전자의 발현을 억제한다는 것이 확인되었고 위와 같은 결과로 인해 바이오필름 형성이 저감 되었음을 확인할 수 있었다.
본 연구를 통해 지금까지 밝혀진 QSIs물질이 정삼투 공정에서도 바이오필름 저감효과가 있음을 확인할 수 있었고, 이때의 기작은 신호물질 비활성화와 QS관련 유전자의 발현 억제로 인한 것이었음이 확인되었다.
