反硝化过程是反硝化菌异化硝酸盐的过程，即由硝化菌产生的硝酸盐和亚硝酸盐在反硝化菌的作用下，被还原为氮气后从水中溢出的过程。反硝化主要分为两步，第一步由硝酸盐转化为亚硝酸盐，第二步由亚硝酸盐转化为一氧化氮、氧化二氮和氮气。
反硝化的影响因素：
1）温度：反硝化的最适宜温度范围是35~45℃。
2）溶解氧：为了保证反硝化过程的进行，必须保持严格的缺氧状态，保持氧化还原电位为-50~-110mV；为使反硝化反应正常进行，悬浮型活性污泥系统中的溶解氧保持在0.2mg/L以下；附着性生物处理系统可以容许较高的溶解氧浓度，一般低于1mg/L。
3）pH值：最佳范围在6.5~7.5。
4）碳源有机质：需要提供足够的碳源，碳源物质不同，反硝化速率也不同。
5）碳氮比：理论上将1g硝酸盐氮转化为氮气需要碳源物质BOD5 2.86g。
针对以上影响因素，传统活性污泥法的优化升级，原理是以功能强大的特制反硝化菌为脱氮污泥，通过增加单位体积内微生物的浓度，并改善流态和传质，最终达到高效反硝化的目的。