物理化学法有气提脱氮法、离子交换法、氯处理法等，通常很少采用。

反硝化细菌在缺氧条件下，还原硝酸盐，释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程。微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4 →有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N2），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能进行反硝化作用的只有少数细菌，这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸。

其生化过程可用下式表示：

C6H12O6 12NO3-→6H2O 6CO2 12NO2- 能量

CH3COOH 8NO3-→6H2O 10CO2 4N2 8OH- 能量

少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。

可进行以下反应：

5S 6KNO3 2H2O→3N2 K2SO4 4KHSO4

反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利。农业上常进行中耕松土，以防止反硝化作用。反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。2100433B

脱氮法是为防止水体富营养化而对废水进行除氮的过程。一般分为物理化学法和生物法脱氮两种。

实践中多采用硝化-反硝化作用的生物脱氮法对废水进行处理。已对活性污泥法、生物膜法处理过程中的嫌气反应与好气反应经过各种形式组合设计出多种处理程序。

脱氮有机体的本性，是一种在产能的电子传递中能较氧更自由地利用亚硝酸或硝酸作为末端受氢体的细菌，在无氧条件下，脱氮作用发生得最迅速,这个过程被氧所抑制，因为这个气体作为末端电子受体有效地与亚硝酸或硝酸竞争。

脱氮作用的第一步包含硝酸到亚硝酸的还原，这个反应涉及的酶叫作呼吸的硝酸还原酶，与同化的硝酸还原酶对比一个分子状的酶，分子状的呼吸的或异化的硝酸还原酶曾从各种有机体中制备，而且可以证明硝酸转变为亚硝酸是与发生ATP偶联的，在这些硝酸还原酶中还原剂的传递，似乎介于细胞色素和钼之间。