在缺氧環(huán)境中，活性污泥中的部分細(xì)菌，如變形桿菌、微球菌屬、芽孢桿菌、產(chǎn)堿桿菌等會改變其呼吸方式，從有氧方式轉(zhuǎn)換為兼氧呼吸方式，以維持其生命活動；同時將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣或氮氧化物。這種轉(zhuǎn)化過程稱之為反硝化過程，而將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣或氮氧化物的細(xì)菌稱之為反硝化菌，轉(zhuǎn)化過程如下：
在pH為中性至弱堿性的厭氧環(huán)境中，氮氣（N2）是主要產(chǎn)物；在低pH和高溶解氧的環(huán)境中，一氧化二氮（N2O）是主要產(chǎn)物；由于二沉池水中的溶解氧濃度非常低，因此也有類似反應(yīng)并導(dǎo)致浮泥，這就是常見的反硝化浮泥。
另外，無論在缺氧區(qū)還是在好氧區(qū)，由于微生物的細(xì)胞合成會直接將氨氮或者將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成氨氮后用于構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)，也可以降低廢水中氮的含量，這就是大家所說的同化過程。
相對于硝化過程，反硝化過程的控制較為簡單，其要點主要如下：
1.溶解氧：當(dāng)水中的溶解氧濃度高于0.2mg/l時，反硝化反應(yīng)會受到影響，故需要在缺氧池維持溶解氧濃度<0.2mg/l。這與混合液回流量有直接關(guān)系，當(dāng)溶解氧偏高時，需要適當(dāng)降低混合液回流量。
2.溫度：反硝化菌的適宜溫度與硝化菌基本相同，上限溫度可以耐受到40℃。反硝化反應(yīng)的速率隨著溫度的上升而增加，所以若水溫偏低，則需要更大容積的缺氧區(qū)。
3.碳源：反硝化菌為異養(yǎng)型細(xì)菌，以有機碳作為碳源，也就是說反硝化反應(yīng)需要碳源參與反應(yīng)。理論上每還原1g NO3-N，需要消耗2.86g有機碳，這一點非常重要，通常必須維持缺氧池進(jìn)水BOD/TKN>3，才能保證反硝化反應(yīng)的充分進(jìn)行，否則需要考慮額外補充碳源。