1．氨化作用

氨化作用是指将有机氮化合物转化为NH3一N的过程。参与氨化作用的细菌称为氨化细菌。

(1）好氧转化

主要有好氧性的荧光假单胞菌和灵杆菌、兼性的变形杆菌和厌氧的腐败梭菌等参与。在好氧条件下，主要有两种降解方式，一是氧化酶催化下的氧化脱氨，例如氨基酸生成酮酸和氨。

二是某些好氧菌，在水解酶的催化作用下能水解脱氮反应。例如尿素能被许多细菌水解产生氨，分解尿素的细菌有尿八联球菌和尿素芽抱杆菌等，它们是好氧菌，其反应式如下：

(2）厌氧转化

在厌氧或缺氧的条件下，厌氧微生物和兼性厌氧微生物对有机氮化合物进行还原脱氨、水解脱氨和脱水脱氨三种途径的氨化反应。

①还原脱氨

②水解脱氨

③脱水脱氨

2．硝化作用

硝化作用是指将NH₃一N氧化为NOx一N的生物化学反应，这个过程由亚硝酸菌和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个步骤。该反应历程为：

硝化过程的三个重要特征:

NH₃的生物氧化需要大量的氧，大约每去除1g的NH₃一N需要4.2gO₂;硝化过程细胞产率非常低，难以维持较高物质浓度，特别是在低温的冬季;硝化过程中产生大量的质子(H⁺),为了使反应能顺利进行，需要大量的碱中和，理论上大约为每氧化1g的NH₃一N需要碱度7.54g(以CaCO₃计)。

3．反硝化作用

反硝化作用是指在厌氧或缺氧（DO< 0.3一0.5mg/L）条件下，NOx一N及其他氮氧化物被用作电子受体被还原为氮气或氮的其他气态氧化物的生物学反应，这个过程由反硝化菌完成。反应历程为：

理论上将1g硝酸盐氮转化为N_2，需要碳源物质2. 86g( 1mol氢相当于0.5mol氧， (2.5x16)/14=2.86)，转化1g亚硝态氮为N₂时，需要有机物为1. 71g(1.5 x16/14=1.71)。[H]可以是任何能提供电子，且能还原NOx—N为氮气的物质，包括有机物、硫化物、H⁺等。进行这类反应的细菌主要有变形杆菌属、微球菌属、假单胞菌属、芽孢杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属等兼性细菌，它们在自然界中广泛存在。有分子氧存在时，利用O₂作为最终电子受体，氧化有机物，进行呼吸；无分子氧存在时，利用NOx—N 进行呼吸。

4.同化作用

微生物细胞采用C₆₀H₈₇O₂₃N₁₂P来表示，按细胞的干重量计算，微生物细胞中氮含量约为12. 5%。在生物脱氮过程中，污水中的一部分氮(NH₃一N或有机氮)被同化为异养生物细胞的组成部分。