多種工業廢水及市政污水都同時含有碳、氮和硫系化合物.含氮化合物具有毒性和臭味，而且能夠引起水體的富營養化.基于目前的生物處理技術，銨鹽通常在好氧條件下被氧化為硝酸鹽，然后硝酸鹽在厭氧條件下通過反硝化作用被還原成氮氣.自然界多種異養微生物都能夠利用各種有機物作為碳源和能源進行反硝化作用.它們具有豐富的生物多樣性，通常屬于變形菌門中不同的屬，例如：Rhodoferax、Dechloromonas和Sulfuritalea.
 

　　硫化物具有強烈的毒性和臭味，它的超標排放是目前面臨的嚴峻的環境問題之一.它能夠和細胞色素中的金屬離子進行反應，進而抑制細胞的呼吸作用.此外，它還具有腐蝕性并產生很高的化學需氧量(chemical oxygen demand，COD).硫化物通常在產甲烷的過程中伴隨產生，它也產生于多種工業加工過程，例如：石油化工、造紙、制革等.許多物理、化學和電化學方法已經用來處理氣體和水中的硫化物，例如：沉淀法、氣提、離子交換、電催化氧化、有機溶劑和化學氧化.其中，利用無色硫細菌的生物處理技術具有低成本、低能耗和產物無害等優勢.因此，它是一種上日益關注的熱門技術.Thiobacillus denitrificans被發現能夠利用無機硫化合物作為能量來源，無機碳化合物作為碳源進行生長.左劍惡等在升流式生物膜反應器中，利用無色硫細菌處理廢水中的硫化物，去除率為90%，單質硫轉化率為100%.這類能夠利用無機硫化合物的自養反硝化細菌具有較高的研究價值，因為它在反硝化過程中不需要再額外添加有機碳源并節約經濟成本.相關技術目前已經得到廣泛的應用，例如：市政污水、地表水和垃圾滲濾液的處理.
 

　　近年來，多單元聯合生物技術快速發展并應用于處理含有碳、氮和硫系化合物的廢水.此技術的過程原理為：厭氧發酵階段硫酸鹽還原所產生的硫化物及少量剩余COD在反硝化單元被來自硝化單元的硝酸鹽氧化去除.在香港特別行政區，應用此技術已經成功建立了示范工程，主要進行沿海地區高硫酸鹽生活污水的脫氮處理.脫氮單元中的活性污泥通常含有自養和異養反硝化細菌，其中有些物種能夠利用含硫化合物還原硝化單元所產生的硝酸鹽.除能以含硫化合物作為能源的自養反硝化細菌以外，一些異養細菌也被發現具有這樣的功能.它們能夠利用硫化物和硝酸鹽進行呼吸作用，并產生單質硫和氮氣作為反應產物.這種生物基單質硫具有親水的特性，能夠作為生產肥料和殺蟲劑的原料，具有較高經濟價值.