• 한국해양공학회지
• /
• 제37권4호
• /
• pp.172-179
• /
• 2023

Biofouling initiated by biofilm (slime) formation is a key challenge for practical ocean engineering and construction. This study evaluated a new anti-biofilm technology using bioelectricity. The anti-microfouling electrical technology is based on the principles of the bioelectric effect, known as the application of an electrostatic force for biofilm removal. Previously, the electricity was optimized below 0.82V to avoid electrolysis, which can prevent the production of biocides. A test boat comprised of microelectronics for electrical signal generation with electrodes for an anti-biofouling effect was developed. The tests were conducted in the West Sea of Korea (Wangsan Marina, Incheon) for three weeks. The surface biofouling was quantified. A significant reduction of fouling was observed under the bioelectric effect conditions, with approximately 30% enhanced prevention of fouling progress (P<0.05). This technology can be an alternative eco-friendly technique for anti-microfouling that can be applied for canals, vessels, and coastal infrastructure because it does not induce electrolysis.

• 한국항해항만학회지
• /
• 제44권3호
• /
• pp.151-157
• /
• 2020

선박의 이동으로 유입된 유해해양생물은 해양생태계교란을 유발하고 있으며 주로 선박평형수와 선체부착생물의 형태로 유입되는 것으로 알려져 있다. 선박평형수의 이동으로 인한 유해해양생물은 모든 선박에 의무적으로 처리설비를 선박에 설치하도록 강제화되었기 때문에 상당히 감소되었다. 그러나 선체부착생물의 경우 현재 IMO 가이드라인을 통해 각국에 관리를 권고하는 수준이기 때문에 비 강제화로 여전히 이동 위험이 존재한다. 특히 선체부착생물은 해양생태계 교란 문제도 있지만 에너지효율 저감에도 영향을 미치기 때문에 IMO 온실가스 감축목표 달성위한 하나의 방안으로 최근 주목받고 있다. 선체부착생물에 대한 관리의 필요성에 대해 국제적 공감대가 증가되고 있기 때문에 강제화 규제로 이어질 가능성이 높다. 따라서 본 연구는 선체부착생물 규제를 이미 시행하고 있는 국가의 사례를 중심으로 우리나라의 선체 부착생물의 관리 방안을 제시하였다.

• Membrane and Water Treatment
• /
• 제15권2호
• /
• pp.51-57
• /
• 2024

The removal of phosphorus, especially phosphate-form phosphorus, is necessary in wastewater treatment. Biofouling induced by the quorum sensing mechanism is also a major problem in membrane bioreactor (MBR), which reduces membrane flux. This study introduces lanthanum-doped quorum quenching (QQ) beads into MBR, confirming their inhibitory effect on biofouling due to Rhodococcus sp. BH4 and their capacity for phosphorus removal through lanthanum adsorption. A batch test was conducted to access the phosphate adsorption of lanthanum-QQ (La-QQ) beads and lab-scale MBR to verify the effect of inhibition. The study aimed to identify distinctions among the MBR, QQ MBR, and La-QQ MBR. In the batch test, the phosphate removal rate increased as the volume of beads increased, while the unit volume removal rate of phosphate decreased. In the lab-scale MBR, the phosphate removal rates were below 20% in the control MBR and QQ MBR, whereas the La-QQ MBR achieved a phosphate removal rate of 74%. There was not much difference between the ammonia and total organic carbon (TOC) removal rates. Regarding the change in transmembrane pressure(TMP), 3.7 days were taken for the control MBR to reach critical pressure. In contrast, the QQ-MBR took 9.8 days, and the La-QQ MBR took 6.1 days, which confirms the delay in biofouling. It is expected that La-QQ can be used within MBR to design a more stable MBR process that regulates biofouling and enhances phosphate removal.

• 생명과학회지
• /
• 제26권12호
• /
• pp.1487-1497
• /
• 2016

정족수 인식 체계라 불리는 세균들의 세포간 의사교환 전략은 다양한 유전자의 발현조절을 통해, 생물막 성숙, 세포 외 고분자물질의 생산, 병원성 발현 및 항생제 생산 등과 같은 다양한 표현형을 조절하는 세균의 다세포성 행동 양식을 제어한다. 다수의 연구에 의하면 많은 종류의 그람 (Gram)음성 세균들이 정족수 인식체계에 필요한 신호전달 물질로 acyl-homoserine lactones (AHLs)를 사용하고 있으며, 이들은 생물막 형성에 중요한 인자로 작용함을 시사하였다. 이러한 정족수 인식체계에 의한 생물막의 형성은 물이 존재하는 모든 표면환경에서 불필요한 바오매스 축적이라는 심각한 기술적, 경제적 문제를 초래하고 있다. 최근 정족수 인체 체계를 교란하는 다수의 물질들이 다양한 미생물로부터 발견되어, 그들의 정족수 인식 체계와 관련된 주요 기능과 기작들이 밝혀지고 있다. 이러한 정족수 제어 물질들은 최근 다양한 산업에서 발생하는 생물 부착현상들을 제어할 수 있는, 환경 친화적이며 세균의 항생제 다재 내성을 완화 시킬 수 있는 새로운 방법으로 대두되고 있다. 따라서 본 논문은 세균의 정족수 인식 체계와 관련된 최근 정보, 정족수 인식 신호를 제어할 수 있는 정족수 제어 효소와 이러한 기술을 이용한 생물 부착 저해 방법 등을 논의하고자 한다.

• 공업화학
• /
• 제23권1호
• /
• pp.71-76
• /
• 2012

해조류 및 따개비 등의 해양 생물에 의한 선박 및 해양 구조물 표면의 생물오손(biofouling)은 선박 운영비를 증가시키고 구조물을 유지, 보수하는데 어려움을 가져왔다. 본 논문에서는 이러한 생물오손 방지 또는 생물오손 제거(fouling-release)를 향상시키는 방안으로 불소계 화합물인 perfluoropolyether (PFPE)를 이용하여 해양 생물의 표면 점착을 억제하는 방법이 연구되었다. 우선 생물오손을 예측할 수 있는 지표로서 물방울 접촉각이 측정되었다. 아민그룹으로 처리 된 친수성 표면이 갖는 $46.7^{\circ}$의 물방울 접촉각이 PFPE 처리 후 $64.5^{\circ}$로 상승하여 표면의 혐수성이 증가하였다. 이로 인해 초기에 따개비 포자 및 해양 미생물의 점착이 친수성 카르복실 표면과 비교시 약 15% 억제되었다. 또한 표면 코팅시 평탄면이 형성되어 PDMS로 처리된 표면 굴곡이 있는 표면보다 점착된 미생물의 제거가 용이하였다. 이러한 점착 억제 특성은 물리화학적 방법을 통해 측정된 물성들과 비교, 분석되었으며, 표면에 점착된 미생물의 염색을 통한 형광도 측정을 통해 표면 점착도가 정량적으로 분석되었다. PFPE가 갖는 가공의 용이성과 저독성 특성으로 인해 PFPE는 향후 단기간 생물학적 방오염이 필요한 해양 구조물 이외에 단백질 점착 억제가 요구되는 의료용 장비 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.10-18
• /
• 2022

선박을 통한 세계교역 증가에 따라 침입외래종(Invasive Alien Species, IAS)로 인한 해양생태계파괴 및 사회경제적 피해가 지속적으로 증가하고 있다. 특히 선체표면과 틈새구역(Niche Area)에 부착된 해양생물의 이동은 외래종침입 문제뿐만 아니라 선박의 마찰저항을 증가시켜 운항효율감소 및 온실가스배출 증가를 유발한다. 국제해사기구(IMO)는 최근 선체부착생물 통제 및 관리에 대한 지침 개정작업에 착수하였고 뉴질랜드와 미국 캘리포니아는 이미 자국법으로 선체부착생물 관리를 규제하고 있다. 본 논문에서는 국내에 입항하는 국제운항선 5척을 대상으로 선체부착생물 관리현황과 생물부착현황을 조사하였고, 생물부착종과 피도(Coverage)를 분석하여 생물부착단계 등급(Level of Fouling, LoF rank)을 평가하였다. 모든 선박에서 대형부착생물(Macrofouling)이 관찰되었고 특히 선수 스러스터(Bow thruster), 빌지킬(Bilge keels) 및 해수 흡입구 격자(Sea-chest gratings)와 같은 틈새구역의 대형개체(Macro organisms) 부착이 심각한 수준으로 나타났다. 본 연구에서는 국내 선체부착생물 관리방안을 제시하고, 실선대상 생물부착단계등급 적용 및 검사(Inspection) 방법 개선방안을 제안하고자 하였다.

• Environmental Engineering Research
• /
• 제24권4호
• /
• pp.543-558
• /
• 2019

In comparison to alternative advanced wastewater treatment technologies, the main problem associated with membrane bioreactor (MBR) technology, which has become prominent in recent years, is biofouling. Within these systems, biofouling is typically the result of a biofilm layer resulting from bacterial gathering. One biological system that can be employed to interrupt the process of bacterial gathering is called 'Quorum Quenching (QQ)'. Existing QQ applications can be classified using three main types: 1) bacterial/whole-cell applications, 2) direct enzyme applications, and 3) natural sourced compounds. The most common and widely recognized applications for membrane fouling control during MBR operation are bacterial and direct enzyme applications. The purpose of this review was to identify and assess biofilm formation mechanism and results, the suggestion of the QQ concept and its potential to control biofilm formation, and the means by which these QQ applications can be applied within the MBR and present QQ MBR studies.

• Environmental Engineering Research
• /
• 제14권1호
• /
• pp.19-25
• /
• 2009

In this study, total bacteria, enteric members of the $\gamma$-proteobacteria, and microbial communities in seawater were analyzed as indirect indicators for quantifying biofouling. Biomass in seawater can significantly affect feed water pretreatment and membrane biofouling of reverse osmosis desalination processes. The purpose of this paper is to investigate microbiological quantity and quality of seawater at the potential intake of a desalination plant. For this analysis, the total direct cell count (TDC) using 4'-6-diamidino-2-phenylindole (DAPI)-staining and DNA-based real-time PCR were used to quantify the total bacteria and relative content of enteric members of $\gamma$-proteobacteria in seawater, respectively. In addition, microbial communities were examined using 16S rRNA gene cloning and bacterial isolation to identify the most abundant bacteria for a further biofouling study. The experimental results of this study identified about $10^6$ cells/mL of (total) bacteria, $10^5$ 16S rRNA gene copies/mL of enteric $\gamma$-proteobacteria, and the presence of more than 20 groups of bacteria.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제24권1호
• /
• pp.97-105
• /
• 2014

Quorum quenching (QQ) with a microbial vessel has recently been reported as an economically feasible biofouling control platform in a membrane bioreactor (MBR) for wastewater treatment. In this study, a quorum quenching MBR with a ceramic microbial vessel (CMV) was designed to overcome the extremely low F/M ratio inside a microbial vessel. The CMV was prepared with a monolithic ceramic microporous membrane and AHL-degrading QQ bacteria, Pseudomonas sp. 1A1. The "inner flow feeding mode" was introduced, under which fresh feed was supplied to the MBR only through the center lumen in the CMV. The inner flow feeding mode facilitated nutrient transport to QQ bacteria in the CMV and thus enabled relatively long-term maintenance of cell viability. The quorum quenching effect of the CMV on controlling membrane biofouling in the MBR was more pronounced with the inner flow feeding mode, which was identified by the slower increase in the transmembrane pressure as well as by the visual observation of a biocake that formed on the used membrane surface. In the QQ MBR with the CMV, the concentrations of extracellular polymeric substances were substantially decreased in the biocake on the membrane surface compared with those in the conventional MBR. The CMV also showed its potential with effective biofouling control over long-term operation of the QQ MBR.

• Membrane and Water Treatment
• /
• 제9권4호
• /
• pp.279-284
• /
• 2018

Membrane biofouling is a critical operational problem that hinders the rapid commercialization of MBRs. Quorum quenching (QQ) has been investigated widely to control membrane biofouling and is accepted as a promising anti-fouling strategy. Various QQ strategies based on bacterial and enzymatic agents have been identified and applied successfully. Whereas, this study aimed to compare indigenously isolated QQ strain i.e., Enterobacter cloaca with well reported Rhodococcus sp. BH4. Both bacterial species were immobilized in polymeric beads and introduced to two different MBRs keeping the overall beads to volume ratio as 1%. Efficiencies of these strains were monitored in terms of prolonging the membrane filtration cycle of MBR, release of extra-cellular polymeric substances, membrane resistivity measurements and mineralization of signal molecules and permeate quality. Indigenous strain (Enterobacter cloaca) was added to $QQ-MBR_E$ while Rhodococcus sp. BH4 was introduced to $QQ-MBR_R$. QQ bacterial embedded beads showed enhanced filtration cycles up to 1.4 and 2.3 times for $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$ respectively as compared to control MBR (C-MBR). Soluble EPS concentration of 52 mg/L was observed in C-MBR while significantly lower EPS concentration of 20 and 10 mg/L was witnessed in $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$, respectively. Therefore, substantial reduction in biofouling showed the effectiveness of indigenous strain.