Als Denitrifikation bezeichnet man die Umwandlung von Nitratstickstoff (NO3) in elementaren Stichstoff (N2). Dieser Vorgang findet im unbelüfteten Teil des Belebungsbeckens statt. Die Mikroorganismen die diese Umwandlung bewirken, verwenden den im Nitratstickstoff gebundenen Sauerstoff. Der elementare Stickstoff steigt aus dem Abwasser als Gas in die Umgebung auf.
Die gesamte ablaufende Reaktion der Denitrifikation sieht folgendermaßen aus:
5C + 4NO3- + 4H+ CO2 + 2N2 + 2H2O