传统的生物脱氮是由硝化和反硝化过程组成的，涉及亚硝化细菌，硝化细菌和反硝化细菌三种微生物。短程硝化-反硝化（PND）的生物脱氮过程是氨氮被氧化为亚硝酸盐氮，而亚硝酸盐氮直接转化为氮气。短程硝化反硝化的反应式及原理图如下所示：
短程硝化反硝化实现的关键在于控制系统中NO-2-N的积累，当系统中NO-2-N积累率较高时，反硝化细菌将主要利用NO-2-N进行反硝化而不是NO-3-N。与全程硝化反硝化工艺相比，短程硝化反硝化工艺节约了30~40%的反应器容积，减少了约 25%的曝气量，反硝化所需碳源减少了约40%，在硝化过程中可减少产泥24~33%，在反硝化过程中可减少产泥50%，节省了污 水处理中的污泥处理费用。由于该工艺对碳源的需求较低，因此特别适合处理低C/N的城镇生活污水。
针对短程硝化反硝化技术研究与应用中，关键在于需要抑制亚硝化细菌（NOB） 并富集氨氧化细菌 （AOB），这一控制过程难度大，尤其是低浓度氨氮的城市生活污水。
