硝化細菌の活性（反応速度、増殖速度）は、水温、pH、DO等の環境条件の影響を受けやすい。一般的に硝化反応は下式で示される。
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　　①　NH4+ + 3/2O2 → NO2– + 2H+ + H2O
　　②　NO2– + 1/2O2 → NO2–
　　③　NH4+ + 2O2 → NO3– + 2H+ + H2O
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 アンモニアからの亜硝酸の生成は、ニトロソモナス属（Nitorosomonas sp.）、ニトロコッカス属（Nitrosococus sp.）等の硝化細菌の作用によって進む。次に、亜硝酸から硝酸を生成する反応は、ニトロバクター属（Nitrobacter sp.）等の硝化細菌の作用によって進む。
 
 アンモニアNH4+（1モル）をNO3–（1モル）へ酸化するには、酸素O2（2モル）が必要で、水素イオンH+（2モル）が生成しpHが低下する。
 
 実際の硝化反応では、pHは6.8～8.5に保つことが望ましい。
　浮遊型培養反応、例えば活性汚泥法では、汚泥滞留日数を7日以上とする。
　微生物を担体等へ付着培養する生物膜法では、硝化菌に必要な汚泥滞留日数は十分保たれている。
　適温は20～30℃であるが、15℃以下では硝化速度は著しく低下する。
 有機物濃度が高い（およそ30mg/L以上）と硝化反応はほとんど進行しないので、反応槽内の有機物濃度が低く保たれるよう十分な処理時間（水理学的滞留時間）を確保する。
　溶存酸素濃度は2mg/L以上が望ましい。
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