Khử nitơ thường được sử dụng để loại bỏ nitơ từ nước thải. Nó cũng góp phần quá trình được xây dựng trong vùng đất ngập nước[17] và các khu vực ven sông[18] để ngăn ngừa ô nhiễm nước ngầm với nitrat do sử dụng phân bón hóa học nông nghiệp quá mức.[19] Các lò phản ứng sinh học bằng gỗ đã được nghiên cứu từ những năm 2000 và có hiệu quả trong việc loại bỏ nitrat ra khỏi nông nghiệp[20] và thậm chí cả phân chuồng.[21]

Sự khử trong điều kiện thiếu oxy cũng có thể xảy ra thông qua quá trình được gọi là quá trình oxy hóa amoni kỵ khí (anammox):[22]

Trong một số nhà máy xử lý nước thải, một lượng nhỏ methanol, ethanol, axetat, glycerin, hoặc các sản phẩm độc quyền được thêm vào nước thải để cung cấp nguồn cacbon cho vi khuẩn khử nitơ.[23] Quá trình khử nitơ cũng được sử dụng trong xử lý nước thải công nghiệp.[24] Nhiều loại thiết bị và kiểu lò phản ứng khử nitơ có sẵn trong thương mại cho các ứng dụng công nghiệp, bao gồm lò phản ứng sinh hóa điện (EBRs), lò phản ứng sinh học màng (MBRs) và các lò phản ứng sinh học đất (MBBRs).

Khử nitơ hiếu khí, được thực hiện bởi các sinh vật khử hiếu khí, có thể cung cấp khả năng loại bỏ nhu cầu cho các bình chứa riêng biệt và giảm năng suất bùn. Có ít yêu cầu độ kiềm nghiêm ngặt hơn vì độ kiềm tạo ra trong quá trình khử nitơ có thể bù đắp một phần cho mức tiêu thụ kiềm trong quá trình nitrat hóa.[15]