本发明涉及一种利用热分解反应处理氨氮废水的方法，利用碳酸铵、碳酸氢铵等铵盐热稳定性低的特性，通过添加碳酸盐、碳酸氢盐等辅料使得氨氮废水中的氨氮污染物在加热条件下热分解为氨气或氮气，实现氨氮的低耗高效脱除，完成热分解处理的氨氮废水通过添加少量碱（如氢氧化钠）实现氨氮的深度脱除，废水处理后实现达标排放或回用于生产；热分解产生的含氨混合蒸汽可通过吸收制备为氨水或铵盐产品。本方法较传统氨氮处理工艺可大幅减少碱耗、氨氮资源化效率高，并在氨氮废水的工业规模化应用中表现出高效、低耗的应用价值。