硝化細菌 ( nitrifying ) 是一種好氣性細菌，能在有氧的水中或砂層中生長，並在氮循環水質淨化過程中扮演著很重要的角色。它們包括形態互異類型的一種桿菌、球菌或螺旋菌。屬於自營性細菌的一類，包括兩種完全不同代謝群：亞硝酸菌屬 ( Nitrosomonas ) 及硝酸菌屬 ( Nitrobacter )。
亞硝酸菌屬細菌一般被稱為「銨之氧化者」，因其所維生的唯一食物來源是銨，銨和氧化合所生成的化學能足以使其生存。什麼是銨？這須要解釋一下。其實銨是一種氨氣 ( NH3 ) 溶於水中所生成的陽離子 ( NH4+ )，因為它在化學上的行為就好像是一種金屬離子，故命名為「銨」。氣體的氨具有刺鼻的臭味，而離子態的銨則無特別的氣味，故很容易加以辨認。
在有空氣存在時，銨可被亞硝酸菌屬細菌吸收利用。它們將其氫原子氧化成水，用氧取代之，所以銨變成水及溶於水中的氧化氮，後者化學家稱為「亞硝酸」，其反應式如下：
藉由氧將銨氧化為亞硝酸 ( NO2- ) 可以產生能量，亞硝酸菌可利用該能量從二氧化碳或鹼度 ( 如 CO32- 或 HCO3- ) 中製造有機物，所以這類細菌根本不需要有機物就能生存及繁衍。
硝酸菌屬細菌一般被稱為「亞硝酸之氧化者」，因其所維生的主要食物來源是亞硝酸，亞硝酸和氧化合所生成的化學能足以使其生存，而且生成硝酸為氮循環的終產物，其反應式如下：
硝酸菌可利用此反應所產生之能量，用於合成自己所需之有機物，故這類細菌同樣不需要攝取有機物也能生存及增殖。
銨被硝化細菌氧化成亞硝酸，隨後又被氧化成硝酸的反應被化學家稱為「硝化反應」。這個反應係由兩種不同的細菌所進行的，須密切配合，才不致使反應的中間物 NO2- 滯留累積於水中。
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