污水中的反硝化作用是一個重要的生物化學過程，涉及細菌將硝酸鹽(NO3-)中的氮(N)通過一系列中間產物(NO2-、NO、N2O)還原為氮氣(N2)的生物化學過程。這一過程主要在缺氧條件下進行，由反硝化菌在無氧條件下通過將硝酸鹽作為電子受體完成呼吸作用以獲得能量。反硝化菌利用硝酸鹽和亞硝酸鹽作為電子受體，將它們還原成氮氣，從而減少水體中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量。
反硝化作用在污水處理中扮演著關鍵角色，它不僅有助於去除污水中的氮污染物，還可以消耗水體中的氮營養物質，抑制藻類過度繁殖，淨化水體，同時抑制致病菌的生長，改善水質。此外，反硝化作用還能產生溫室氣體如NO、N2O等，因此對全球氣候變化也有一定影響。
影響反硝化作用的主要因素包括溶解氧、溫度、pH值和有機碳源的種類和濃度。在實際套用中，如工業廢水處理，反硝化菌的作用不可或缺，它們與硝化菌協同作用，有效去除污水中的有機物和氨氮，保護水環境。