生物脱氮，是将污水中的有机氮和氨氮转化为氮气的过程。首先，通过氨化作用，有机氮被分解为氨氮。接着，硝化反应将氨氮转化为硝酸盐。最后，反硝化反应将硝酸盐还原为氮气。
生物脱氮这个过程可以分为三个主要步骤：氨化反应、硝化反应和反硝化反应。
一、氨化反应
氨化反应是微生物将含氮有机物分解并转化为NH4+的过程。在氨化功能菌的作用下，含氮有机物被分解并转化，形成NH4+。这个过程可以在有分子氧或无氧的条件下进行，因为不同的微生物具有不同的代谢途径和适应环境。在有氧条件下，好氧微生物能够将含氮有机物分解并释放出NH4+；而在无氧条件下，厌氧微生物也能够将含氮有机物分解并释放出NH4+。
二、硝化反应
硝化反应是由好氧自养型微生物主导的过程，在有氧状态下进行。这些微生物利用无机氮作为氮源，将NH4+转化为NO2-，然后再进一步氧化成NO3-。这个过程可以分为两个阶段：第一阶段是亚硝化阶段，由亚硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐(NO2-)；第二阶段是硝化阶段，由硝化菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐(NO3-)。
三、反硝化反应
反硝化反应是在缺氧状态下进行的反应，由反硝化菌主导。这些微生物会将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成气态氮(N2)。反硝化菌属于异养型微生物，多属于兼性细菌。在缺氧状态时，它们会利用硝酸盐中的氧作为电子受体，同时以有机物（污水中的BOD成分）作为电子供体，以此来提供能量并实现自身的氧化稳定。这个过程是微生物对氮元素的重要转化过程，对于维持生态系统的平衡和稳定具有重要的作用。
