Under slutet av 1800-talet och början av 1900-talet gjordes de första upptäckterna av oxidation av ammonium (nitrifikation) och reduktion av nitrat och nitrit (denitrifikation). Eftersom endast ett fåtal bakteriesläkten undersöktes, spreds uppfattningen att nitrifikation endast kunde utföras av bakterier som är aeroba (måste ha syre) och autotrofa (har koldioxid som kolkälla) och att denitrifikation utförs under anoxiska betingelser (i frånvaro av syre) av heterotrofa bakterier, som har organiska föreningar som kolkälla. Under de senaste årtiondena har flera upptäckter gjorts inom kvävets kretslopp av bakterier, som kan komma till användning för att minska mängden kväveföroreningar i förorenat vatten. De nya upptäckterna är följande: aeroba autotrofa nitrifikationsbakterier kan utföra denitrifikation under anaeroba betingelser. bakterier, som använder organiska föreningar som energikälla (kemoorganotrofer), kan utföra nitrifikation vid låga syrehalter. Slutprodukterna är nitrit och nitrat. denitrifikation kan utföras under aeroba betingelser av Thiospharea pantotropha. Slutprodukterna är huvudsakligen kväveoxider och kvävgas. samtidig nitrifikation och denitrifikation vid lågt syretryck eller vid anoxiska betingelser kan utföras av Thiospharea pantotropha och Nitrosomonas eutropha. Slutprodukterna är huvudsakligen kvävgas och kväveoxid. anaerob ammoniumoxidation kan utföras av Nitrosomonas eutropha och Nitrosomonas europaea tillsammans eller var för sig. Ammonium är elektrondonator och nitrit är elektronacceptor och kvävgas bildas. anaerob ammoniumoxidation (ANAMMOX) kan utföras av ännu inte helt identifierade litotrofa bakterier. Ammonium är elektron-donator och nitrit eller nitrat är elektronacceptor och kvävgas bildas (Jfr 5). Tillämpningen av de nya upptäckterna är begränsade till laboratorieförsök respektive observationer på befintliga anläggningar som inte varit utformade för dessa nya kväveomvandlingar. Det finns idag inga anläggningar utformade och etablerade i full skala för utnyttjande av de nyligen upptäckta omvandlingarna. Det finns flera potentiella fördelar med dessa metoder, vilka inkluderar besparingar i såväl investeringskostnader som driftskostnader. Vid flertalet av de nya omvandlingsvägarna utnyttjas nitrit istället för nitrat som oxidationsmedel. Detta leder till att merparten av de förslag som finns på utformning av anläggningar baseras på ett första reaktionssteg där nitrifikationen stoppas vid nitrit. Detta steg åtföljs av denitrifikationsreaktioner, med eller utan organiskt material som reduktionsmedel. I fallet utan organiskt material kan ammonium användas som reduktionsmedel. Denitrifikationsreaktionerna sker antingen i en separat reaktor eller i samma reaktor som nitritbildningen.