传统的脱氮工艺是将NH4+氧化成NO2-，再氧化成NO3-；反应分为亚硝化和硝化二个阶段，起作用的分别是亚硝化菌和硝化菌。在反硝化菌的作用下，反硝化反应既可从硝酸盐开始，也可以从亚硝酸盐开始。但由NO2-转化为NO3-，再由NO3-转化为NO2-的重复转化过程中，要消耗更多的溶解氧和有机碳源。
短程硝化反硝化就是利用了硝化反硝化的反应原理，通过对反应器的优化设计及工艺参数的合理控制，使NH4+全部或绝大部分转化为NO2-，由NO2-直接进行反硝化。
与传统的硝化—反硝化相比，短程硝化—反硝化有以下优点：
1）节省能耗。硝化反应仅停留在亚硝酸盐阶段，供氧量节省25%，降低了能耗；
2）节省外加碳源费用。从到比从到的反硝化过程中，减少40%的有机碳源费用；
3）可以缩短水力停留时间。在高氨环境下，NH4+氧化为NO2-亚硝化速率和NO2-的反硝化速率均比NH4+氧化为NO3-和NO3-的反硝化速率快，因此水力停留时间可以缩短，反应器容积也相应减少；
4）可减少剩余污泥产量。亚硝酸菌的表观产率系数为0.04～0.13gVSS/gN，硝酸菌的表观产率系数为0.02～0.07gVSS/gN，NO2-反硝化菌和NO3-反硝化菌的表观产率系数分别为0.345gVSS/gN和0.765gVSS/gN，因此短程硝化过程中可以减少产泥24～33%，短程反硝化可以减少产泥50%。
