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  總的脫硝過程可以用以下方程式表示: 其中包括以下四個還原反應還原反應:  以上四個反應均為放熱反應,所以在無氧或缺氧條件下,細菌可以將硝酸鹽(NO)作為電子傳遞鏈(ETC)的最終電子受體(TEA, terminal electron acceptor),來完成物質能量交換。

  脫硝菌在自然界以各種形式廣泛存在,如: 脫硝菌主要為原核生物,大量存在於在α-, β- 和γ-變形菌綱中。已知的脫硝菌的屬有"Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Bacillus, Chromobacterium, Flavobacterium, Spirillum, Vibrio, Halobacterium, Methanomonas, Pseudomonas"等。  儘管已經發現了自營脫硝菌,但上述脫硝過程主要由異營脫硝菌來完成。

  脫硝反應在自然界具有重要意義,是氮迴圈的關鍵一環,它和無氧氨氧化(Anammox)一起,組成自然界被固定的氮元素重新回到大氣中的途徑。  在環境保護方面,脫硝化反應和硝化反應一起可以構成不同工藝流程,是生物除氮的主要方法,在全球範圍內的汙水處理廠中被廣泛應用。汙水處理中所利用的脫硝菌為異養菌,其生長速度很快,但是需要外部的有機碳源,在實際執行中,有時會新增少量甲醇等有機物以保證反硝化過程順利進行。
脫硝反應(,亦稱為脫硝作用、脫氮作用)是指細菌將硝酸鹽(NO)中的氮(N)通過一系列中間產物(NO、NO、NO)還原為氮氣分子(N)的生物化學過程。參與這一過程的細菌統稱為脫硝細菌或脫氮細菌。