自然界氮素蕴藏量丰富，以三种形态存在：分子氮N2，占大气的78%;有机氮化合物；无机氮化合物。其中水体中的氮主要包括有机氮和无机氮两大类，其总量称为总氮（英文缩写为TN)。
有机氮是指以有机化合物形式存在的氮，如蛋白质、氨基酸、肽、尿素、有机胺、硝基化合物、重氮化合物等。农业废弃物和城市生活污水中存在的有机氮主要是蛋白质及其分解产物——多肽和氨基酸。但某些工业废水中可能有其它含氮有机化合物。无机氮指氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等，它们一部分是有机氮经微生物分解转化作用而产生的，一部分直接来自施用化肥的农田退水和工业排水。
氮在水体中会发生转化。随着时日的延长，有机氮很不稳定，容易在微生物的作用下，分解成无机氮（在无氧的条件下，分解为氨氮；在有氧的条件下，先分解为氨氮.，再分解为亚硝酸盐氮与硝酸盐氮），并不断减少。
氨氮在污水中存在形式有游离氨（NH3)与离子状态铵盐（NH4+)两种，其中游离氨的浓度除主要取决于氨氮的浓度外，还随水中的pH值和温度的增加而增大。此外，离子強度对游离氨的浓度也会有影响。
水中硝酸盐是含氮有机物经无机化作用终阶段的分解产物。硝酸盐在缺氧、酸性的条件下可以还原成亚硝酸盐。亚硝酸盐氮是氮循环的中间产物，不稳定,。根据水环境条件，可被氧化成硝酸盐氮，也可以被还原成氮。
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