生物脫氮是根據自然界氮循環的原理，通過人工方法來控制的。先將汙水中的含氮有機物轉化為氨氮，然後在好氧條件下由硝化細菌轉化為硝態氮。這個階段稱為好氧硝化。然後在缺氧條件下，硝酸鹽氮在反硝化菌和外部碳源提供的能量作用下轉化為氮氣逸出。這個階段稱為缺氧反硝化。整個生物脫氮過程是氮的分解還原反應，反應能量從有機物中獲得。在硝化反硝化過程中，影響其脫氮效率的因素有溫度、溶解氧、PH值和碳源。在生物脫氮系統中，硝化細菌的生長速度較慢，需要有足夠的泥齡。反硝化菌的生長主要在缺氧條件下進行，需要充足的碳源提供能量以促進反硝化順利進行。因此，生物脫氮系統中的硝化和反硝化需要滿足以下條件:
1.硝化階段:溶解氧充足，DO值在2mg/L以上，溫度適宜，最好20℃，不低於10℃，泥齡長，PH條件適宜。
2.反硝化階段:硝酸鹽存在，缺氧條件下DO值約為0.2mg/L，碳源(能量)充足，PH條件適宜。