生物脫氮需要完成硝化和反硝化兩個過程。廢水中的氨氮首先必須被硝化或轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽， 然后在反硝化過程中， 硝酸鹽將被作為細胞呼吸過程中氧化簡單碳化合物的供氧體被還原成氮氣。
因此， 以去除硝酸鹽為目標的反硝化過程必須要有易生物降解的碳源存在。其來源包括進水中溶解性 BOD、內源反硝化過程中細胞的腐爛物和各類上清液回流等。當進水溶解性有機物不足而脫氮要求很高時 ， 則需要通過補充化學物質以提供反硝化過程所需要的碳源。
反硝化所用的人工碳源有甲醇、乙醇、變性乙醇、醋酸及醋酸鈉等純化學藥劑， 或者是工業生產過程中 的廢糖、糖蜜和廢醋酸溶液等。
通過缺氧段內的攪拌器與進水及混合液充分混合， 需防止水流劇烈紊流導致碳源從液相中揮發至空氣， 也應防止因多余的氧氣存在造成部分碳源被細菌好氧呼吸消耗。