▶ 질소 순환은 자연 및 공정 환경에서 질소가 다양한 화학적 형태로 전환되는 상호 연관된 미생물 과정들로 구성된다.
▶ 질산화(nitrification)는 호기성 조건에서 암모늄을 아질산염·질산염으로 산화시키며, 이후 질소 전환 경로에 필요한 핵심 기질을 제공한다.
▶ 반면, 무산소 조건에서는 아나목스(anammox) 박테리아가 암모늄과 아질산염을 직접 질소 가스로 전환하여 에너지 효율적인 탈질 경로를 제공한다.
▶ 탈질(denitrification) 과정은 아질산염, 일산화질소, 아산화질소와 같은 중간체를 거쳐 질산염을 단계적으로 질소 가스로 환원한다.
▶ 이에 반해 DNRA(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium)는 질산염을 암모늄으로 환원하여 질소가 시스템 내에 유지되도록 한다.
▶ 이러한 미생물 경로들은 질소의 가용성을 조절하고 생태계 생산성 및 질소 제거 기술의 기반을 이룬다.
▶ 통기형 생물막 반응기(Membrane-Aerated Biofilm Reactor, MABR)는 역확산 방식의 산소 공급을 통해 하나의 생물막 내에서 호기성·무산소 영역이 동시에 형성되도록 한다.
▶ 이러한 구조는 막 근처에서는 질산화가 일어나고, 외곽 무산소층에서는 아나목스(anammox) 반응이 일어날 수 있는 환경을 제공한다.
▶ MABR에 anammox 공정을 결합하면 암모늄과 아질산염이 직접 질소 가스로 전환되며 에너지 효율적인 질소 제거가 가능해진다.
▶ 그 결과, MABR–anammox 시스템은 낮은 폭기 에너지 요구량으로도 향상된 질소 제거 성능을 제공하는 기술로 평가된다.
▶ 메타지놈 분석(Metagenomic analysis) 및 메타트랜스크립톰 분석(Metatranscriptomic analysis)은 질소 전환 과정에 관여하는 주요 미생물 군집을 규명하고, 그 기능적 역할을 파악하는 데 활용된다.
▶ 메타지놈 분석(Metagenomic analysis)은 아나목스(anammox), 탈질(denitrification), DNRA(Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium) 등과 관련된 대사 경로를 포함하여 미생물 군집의 유전적 잠재력을 밝혀준다.
▶ 메타트랜스크립톰 분석(Metatranscriptomic analysis)은 특정 환경 조건 또는 운전 조건에서 어떤 유전자가 실제로 발현되고 있는지를 제공함으로써 이를 보완한다.
▶ 두 분석 기법의 통합 활용은 미생물 기능과 상호작용에 대한 종합적 이해를 가능하게 하며, 이는 생물학적 질소 제거 시스템 최적화에 중요한 기초 자료를 제공한다.
