生物脫氮機理是在微生物的作用下，將有機氮和氨態氮轉化為N2氣體的過程，整個過程包括兩個階段：硝化和反硝化。
硝化反應是在好氧條件下和硝化細菌的作用下，氨態氮進一步分解、氧化成硝酸鹽的生化反應過程。首先，在亞硝化單胞菌的作用下，使氨氮（NH4+）轉化為亞硝酸鹽NO2-N，硝化桿菌再將NO2-N氧化成穩定的硝酸鹽NO3-N，后一反應較快，一般不會造成NO2-N的積累。
反硝化反應是指污水中的硝酸鹽（NO3），在缺氧狀態下，在反硝化菌的作用下，被還原為氣態氮（N2）的過程。反硝化是生物脫氮工藝去除TN的關鍵環節，而碳源的充足與否將決定缺氧對NO3-N的去除效率。反硝化速率的快慢與碳源的濃度和種類有關。酸化液中含有較多易降解的小分子有機物，是生物反硝化的有效碳源。反硝化是一個耗碳、產生堿度同時去除NO3-N的過程，理論上還原1.0mg的NO3-N需要消耗8.67mg的易降解COD。
復合碳源也稱脫氮營養劑，降總氮的綜合性價比全面優于市場上的多核碳源、無水乙酸鈉、液體醋酸鈉、食品級葡萄糖、甲醇、冰醋酸。主要成分是多元醇類（不可點燃）、果糖、蔗糖、水蘇糖、棉子糖、微量元素，相比之下單糖最容易被微生物吸收轉化利用。
