自然界中氮元素是不断循环的。雷电将空气中的氮气氧化成硝酸随雨水降至地面，植物将其转化成蛋白质（一些植物也能固氮）。动物吃了植物的蛋白质转化成氨基酸而被利用，动物排泄物含有尿素和废的氨基酸返回地面，动植物死亡后，其尸体中的蛋白质也返回地面。尸体腐烂后蛋白质分解成有机胺，有机胺在氨化菌的作用下转化成氨。氨在亚硝酸菌、硝酸菌的作用下氧化成亚硝酸、硝酸。硝酸在反硝化菌作用下还原成氮气，回到空气中，完成了一次循环。焦化污水生化脱氮的原理就是模仿氮循环中的一段过程，即氨化——硝化——反硝化。