在缺氧條件下，由於兼性脫氮菌(反硝化菌)的作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程，稱爲反硝化。反硝化菌爲異養型微生物，在缺氧狀態時，反硝化菌利用硝酸鹽中的氧作爲電子受體，以有機物作爲電子供體提供能量並被氧化穩定。
反硝化反應方程式爲：
NO2-+3H(電子供給體-有機物) → 0.5 N2+H2O+OH-
NO3-+5H(電子供給體-有機物) → 0.5 N2+2H2O+OH-
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