《네이처》지에 MBBR 기술의 새로운 돌파구에 대한 기사가 게재되었습니다. "새로운 'V자형 캐리어'가 막힘 문제를 해결하고 고밀도 미디어 시장에 새로운 활력을 불어넣다"라는 제목의 기사입니다.

최근 한국 울산과학기술대학교(UNIST) 연구팀이 MBBR(이동상 생물막 반응기) 담체의 구조적 최적화에 관한 새로운 연구 결과를 *네이처 커뮤니케이션즈*에 발표했습니다. 연구팀은 담체 내부의 유체 통로를 변경하여 생물막 성장 과정을 능동적으로 제어할 수 있는 "수리-위상 전략(Hydro-topological Strategy)"이라는 V자형 담체 설계를 제안했습니다. MBBR 생물 담체 기술 개발을 오랫동안 지켜봐 온 업계 전문가들에게 이 연구는 담체 형태의 변화뿐 아니라, 과도한 생물막 형성으로 인한 막힘 현상과 물질 전달 효율 저하라는 오랜 난제를 해결하려는 시도라는 점에서 주목을 받고 있습니다. 기존 MBBR 시스템에서는 운전 시간이 증가함에 따라 미생물이 담체 표면에 지속적으로 부착되어 생물막을 형성합니다. 일정 기간 사용 후 이러한 생물막은 두꺼워집니다. 이론적으로 시스템 내 미생물 총량은 증가하여 전체 효율이 향상되어야 하지만, 실제로는 생물막 내부로의 산소 및 오염물질 확산 효율이 감소합니다.

저희는 동남아시아 식품 가공 폐수 처리 프로젝트에서 유사한 문제를 경험했습니다. 수년간 가동 후 담체 내부에 바이오필름이 눈에 띄게 축적되는 현상이 종종 발생했습니다. 많은 폐수 처리 시설에서 MBBR 담체와 미세다공성 폭기기는 수년 가동 후 세척 또는 교체가 필요한데, 이는 상당한 규모의 작업입니다. 흥미롭게도, 담체 표면적 자체보다 장기적인 바이오필름 관리 문제가 고객과의 논의에서 더욱 중요한 주제로 떠오르고 있습니다. 연구팀에 따르면, 새로운 V자형 구조는 담체 내부의 물 흐름 경로를 변화시켜 각 영역에 서로 다른 수준의 수리학적 전단 응력을 발생시킵니다. 바이오필름이 과증식할 경우, 높은 국소 전단 응력은 노화된 바이오필름의 탈락을 촉진합니다. 반대로, 활성 바이오매스를 유지해야 하는 영역에서는 상대적으로 안정적인 부착 환경이 유지됩니다. 연구진은 이러한 메커니즘을 "자가 조절" 특성을 가진 바이오필름 제어 방법으로 설명합니다. 실험 결과에 따르면, 이 설계는 바이오필름 안정성을 유지하고 내부 막힘을 방지하는 데 상당한 잠재력을 보여줍니다. 하지만 폐수 특성의 급격한 변동 조건에서도 동등한 성능을 유지할 수 있는지는 불분명하며, 시장 수용을 위해서는 실제 프로젝트를 통한 추가적인 검증이 필요합니다.

본 연구는 우리 산업 발전의 관점에서 주목할 만한 신호를 보내고 있습니다. MBBR 담체의 미래 경쟁력은 단순히 비표면적을 증가시키는 것에서 벗어나 유체역학적 설계 및 바이오필름 관리 능력에 더욱 중점을 두는 방향으로 변화할 수 있다는 것입니다. 지난 10년간 대부분의 MBBR 담체 제품 최적화 노력은 유효 표면적, 바이오필름 형성 속도, 재료 강도와 같은 지표에 집중되어 왔습니다. 그러나 본 연구는 구조 설계를 통해 바이오필름 두께를 적극적으로 제어하는 ​​것이 차세대 담체 연구 개발의 핵심 방향이 될 수 있음을 시사합니다. MBBR 담체 제조업체에게 있어 이는 미래 시스템 설계에서 담체와 폭기 시스템 간의 시너지 효과에 더욱 중점을 두게 될 것임을 의미합니다. 하지만 한 가지 실질적인 질문이 남아 있습니다. 이처럼 복잡한 내부 구조를 비용 효율적으로 대규모 생산할 수 있을까요? 최근 몇 년 동안 순환식 양식 시스템(RAS), 산업 폐수 처리 프로젝트, 고부하 도시 하수 처리 프로젝트 등에서 점점 더 많은 고객들이 높은 충진 밀도에서의 운영 안정성에 주목하고 있는 추세입니다. 충전 밀도가 계속 증가함에 따라 기존 담체가 직면하는 물질 전달 및 막힘 문제가 더욱 두드러지게 나타납니다. V자형 담체 연구의 가치는 새로운 구조 설계를 제안하는 데 그치지 않고 고밀도 MBBR 시스템의 미래 개발을 위한 새로운 기술적 접근 방식을 제공한다는 데 있습니다.