一、硝化反应
1、在硝化细菌的作用下,氨态氮进一步分解、氧化,就此分两个阶段进行。首先,在亚硝化细菌的作用下,使氨(nh4 + )转化为亚硝酸氮,亚硝酸氮在硝酸菌的作用下,进一步转化为硝酸氮。（亚硝酸菌有亚硝酸单胞菌属、亚硝酸螺杆菌属和亚硝酸球菌属。硝酸菌有硝酸杆菌属、硝酸球菌属）
反应式如下：55hn4+ + 76o2 +109hco3-
c5h7o2n +54no2- + 57h2o +104h2co3
400no2-+nh4++5h2co3+195o2 c5h7o2n + 400no3-+3h2o+h+
根据计算：每氧化1mg nh4+-n为no3- -n,需要消耗碱7.07mg（以caco3计），如果没有足够的碱度，硝化反应将导致ph下降，使反应速度减缓，氧化1mg nh4+-n为no2- -n需要氧3.16mg, 氧化1mg no2--n为no3- -n需要氧1.11mg, 所以共需要氧4.27mg.所以要有足够的氧量。
2、 硝化反应需要的环境条件：
好氧条件，并保持一定的碱度，反应池内溶解氧含量的高低，影响硝化反应的进程（溶解氧在1.2～2.0mg/l） 。 在硝化反应中，释放h+离子，使ph值下降，消化菌对ph值十分敏感，为了保持适宜的ph值，应当在水中保持足够的碱度，对消化菌的适宜的ph值为8.0~8.4。
混合液中有机物不应太高，消化菌是自养型菌，有机质浓度并不是它的增殖限制因素，若bod值过高，增值速度较高的异养型菌迅速增殖，，从而使消化菌不能成为优势菌种。
硝化反应的适宜温度是20~30度，15度以下硝化反应速度下降，5度是地停止。
停留时间，生物固体在反应器内停留时间（污泥龄）必须大于生物最小的时代时间，一般取之应为消化菌最小世代时间的2倍以上，消化菌的最小世代时间在适宜的条件下是3天，一次应取6天。
对硝化反应有抑制的因素有重金属、高浓度的 nh4+-n、 高浓度的 no3- -n 、 高浓度的有机基质、高浓度的絡和阳离子 。
二、 反硝化反应：
1、生物反硝化是指污水中的硝态氮（ no3- -n ） 和亚硝态氮 （ no2—n ） 在无氧或低氧条件下，被微生物还原为 n2 的过程，反硝化菌是大量存在污水中的异养型兼性细菌，主要是变形补菌、假单胞菌、小球菌、芽孢杆菌、无色杆菌属、嗜气杆菌属、产碱杆菌属等，这些菌属在无氧条件下，同时存在硝酸和亚硝酸离子时，能利用这些离子中的氧进行呼吸，反硝化又叫脱氮反应或硝酸呼吸。
化学反应式：
no2- +3h (电子供给体-有机物） 1/2n2 +h2o +oh-
no3- +5h (电子供给体-有机物） 1/2n2 + 2 h2o +oh-
2、 反硝化工作机理
反硝化过程中 no-2 和 no-3 的转化，是通过反硝化细菌的同化作用（合成代谢）和异化作用（分解代谢）来完成。
同化作用是no-2和 no-3 被还原转化为nh3-n, 用于微生物细胞合成，氮成为细菌细胞的组成部分。
异化作用是no-2 和 no-3 被还原转化为n2,这是反硝化的主要过程，异化作用是以no-3在能量代谢过程中提供氮，作为电子接收体，以有机物作为电子供给体，使no-2 和 no-3 转化为n2,见上反应式，异化作用取出的氮一般占总去处量的70%~75%。
3、 反硝化反应需要的环境条件：
碳源：反硝化是异样型细菌，所以所需要的碳源较多，在实际生产中提供碳源两类: 一是废水中所含的碳源，当原废水bod/tn>3~5时即可认为碳源充足；二是外加碳源，主要加甲醇，因为甲醇易于分解，分解后产物为co2和h2o,不留任何降解中间产物。
ph：对反硝化宜的 ph 值是 6.5~7.5 ， ph 值高于8或低于6，反硝化速度将大大降低。
溶解氧：反硝化菌是异养型兼性厌氧菌，主要是利用在无氧分子并同时存在硝酸和亚硝酸离子的条件下，他们利用这些离子中的氧进行呼吸，使硝酸盐还原。 但是反硝化菌体内的某些酶系统组分只有在有氧条件下才能够合成，因此反硝化反应易于在厌氧、好氧条件交替的条件下进行，溶解氧应控制在0.5mg/l以下。
温度：反硝化宜的温度是20~40 度。低于15度反硝化速度降低，在冬季一般采取：提高生物固体平均停留时间，降低负荷，提高废水停留时间。