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废水中的氮常以合氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理把大多数有机氮转化为氨，然后可进一步转化为硝酸盐。
硝化与反硝化
（一）硝化
在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。
反应过程如下：
亚硝酸盐菌（8-36h）
NH4++3/2O2→NO2-+2H++H2O-△E E=278。42KJ
第二步亚硝酸盐转化为硝酸盐：
酸盐菌（12-59h）
NO-+1/2O2→NO3--△E△E=278。42KJ
这两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。上诉两式合起来写成：
NH4++2O2→NO3-+2H++H2O-△E△E=351KJ
综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：
NH4++1。83O2+1。98HCO3-→0。02C5H7O2N+0。98 NO3-+1。04 H2O+1。88H2CO3
由上式可知：（1）在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4。57g；（2）硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度（以CaCO3计）7。lg。
（3）水中BOD不宜过高，20mg/L以下，否则会使增值速率较大的异氧细菌迅速增殖，使自养型的硝化细菌受到排挤，难以形成优势菌种，使硝化反应难以进行。
影响硝化过程的主要因素有：
（1）pH值当pH值为8。0～8。4时（20℃），硝化作用速度最快。
由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7。5以上；
（2）温度温度高时，硝化速度快。亚硝酸盐菌的最适宜水温为35℃，在15℃以下其活性急剧降低，故水温以不低于15℃为宜；
（3）污泥停留时间硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为=0。3～0。5d-1（温度20℃，pH8。0～8。4）。为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。在实际运行中，一般应取〉2d；
（4）溶解氧氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；
（5）BOD负荷硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而使自养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0。3kg（BOD5）/kg（SS）。d以下。
（二）反硝化
在缺氧条件下，由于兼性脱氮菌（反硝化菌）的作用，将NO2--N和NO3--N还原成N2的过程，称为反硝化。反硝化过程中的电子供体（氢供体）是各种各样的有机底物（碳源）。以甲醇作碳源为例，其反应式为：
6NO3-十2CH3OH→6NO2-十2CO2十4H2O
6NO2-十3CH3OH→3N2十3CO2十3H2O十60H-
综合反应式为：
6NO3-+5CH3OH→5CO2+3N2+7H2O+6OH-
由上可见，在生物反硝化过程中，不仅可使NO2--N、NO3--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。
1mg的硝酸盐氮理论消耗2。87mg的BOD5，一般4mg的BOD5即可满足反硝化的需求
影响反硝化的主要因素：
（1）温度温度对反硝化的影响比对其它废水生物处理过程要大些。一般，以维持20～40℃为宜。苦在气温过低的冬季，可采取增加污泥停留时间、降低负荷等措施，以保持良好的反硝化效果；
（2）pH值反硝化过程的pH值控制在7。0～8。0；
（3）溶解氧氧对反硝化脱氮有抑制作用。一般在反硝化反应器内溶解氧应控制在0。5mg/L以下（活性污泥法）或1mg/L以下（生物膜法）；
（4）有机碳源当废水中含足够的有机碳源，BOD5/TKN〉（3～5）时，可无需外加碳源。当废水所含的碳、氮比低于这个比值时，就需另外投加有机碳。外加有机碳多采用甲醇。考虑到甲醇对溶解氧的额外消耗，甲醇投量一般为NO3--N的3倍。此外，还可利用微生物死亡；自溶后释放出来的那部分有机碳，即“内碳源”，但这要求污泥停留时间长或负荷率低，使微生物处于生长曲线的静止期或衰亡期，因此池容相应增大。
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