Dette kapitel gennemgår kemien og biokemien i forbindelse med nitrifikation. Biologiske processer til kontrol af kvælstofholdige restkoncentrationer i spildevand kan inddeles i to brede områder: (1) produktion af et spildevand, hvor kvælstof (ammoniak og organisk kvælstof) omdannes til nitratkvælstof, og (2) reduktion af nitrat til kvælstofgas. I første fase foregår nitrifikationen ved, at bakterier oxiderer ammoniak til nitrat med dannelse af nitrit som mellemprodukt. Det andet trin, denitrifikation, anvendes efter nitrifikationen, når det samlede kvælstofindhold i spildevandet skal reduceres. De to vigtigste bakterieslægter, der er af betydning for biologiske nitrifikationsprocesser, er Nitrosomonas og Nitrobacter. Der er to betingelser, der skal være opfyldt for at opnå nitrifikation i et rensningsanlæg. For det første skal slamalderen være tilstrækkelig høj til at forhindre udvaskning af de langsomt voksende nitrifikationsstoffer ved hjælp af aktive slamdesignsystemer. For det andet skal kontakttiden mellem bakteriemassen og ammoniakken være lang nok til, at ammoniakken kan oxideres.