废水生物脱氮工艺的研究始于1930年，Wuhrmann在生物滤池的深处确认了硝化脱氮反应，从而建立了“脱氮菌还原硝酸盐作为供氢体有效利用细胞内物质的生物脱氮法”，即Wuhrmann处理法。1960年Bringmann开发了外加碳源的生物脱氮工艺。通过实际的运行及技术的不断改进，近20多年来又开发和提出了以A/O、Bardenpho等为主的新型废水生物脱氮工艺，并不断地在实际工程中得到推广应用。这些工艺从碳源来说，可分为外加碳源工艺和内碳源工艺；从硝化和反硝化过程在工艺流程中的位置，可分为传统工艺和前置反硝化工艺；从处理工艺中微生物的存在状态，可分为悬浮生长型和附着生长型。常用生物脱氮工艺介绍如下：
1.传统脱氮工艺
活性污泥法脱氮的传统工艺是在1969年美国的巴茨（Barth）提出的，被称为三级活性污泥法，是以氨化、硝化和反硝化3步反应过程为基础建立起来的。活性污泥含有有机物降解菌、硝化菌和反硝化菌，它们分别在各自的反应池内生长繁殖，并且有各自的沉淀池和回流设施，如图1.2所示。在实践中还可采用两级生物脱氮系统（如图1.3所示），将前两级BOD去除和硝化两道反应过程合在同一反应器内进行，第一级池去除BOD，将有机氮转化为NH3、NH4+，同时使NH3、NH4+进一步氧化成NOx－-N。第二级池在缺氧条件下，将NOx－-N还原为氮气，并逸出大气，应采取厌氧－缺氧的运行方式。碳源，既可投加CH3OH（甲醇）作为外加碳源，亦可引入原废水作为碳源。该工艺优点反应速率大，而且比较彻底。缺点是处理设施多，占地面积大，造价高，管理不够方便，因此在实践中采用比较少。
2. A/O法
A/O脱氮工艺是80年代初开发出来的工艺流程（图1.4）。废水经预处理和一级处理后，首先进入缺氧池，利用氨化菌将废水中有机氮转化成NH3-N，与原废水中的NH3-N一并进入好氧池。在好氧池中，除与常规活性污泥法一样对含碳有机物进行氧化外，在适宜的条件下，利用亚硝化菌及硝化菌，将废水中NH3-N硝化生成NOx－-N。为了达到废水脱氮的目的，好氧池中硝化混合液通过内循环回流到缺氧池，利用原废水中有机碳作为电子供体进行反硝化，将NOx－-N还原成氮气。与传统生物脱氮工艺相比，A/O系统不用投加外加碳源，可利用原废水中的有机物作为碳源进行反硝化，达到同时降低COD和脱氮的目的。缺氧池设在好氧池之前，当水中碱度不足时，由于反硝化可增加碱度，因而可以补偿硝化过程中对碱度的消耗。A/O工艺只有一个污泥系统，混合菌群交替处于好氧和缺氧状态，有机物浓度高低交替条件，有利于控制污泥膨胀[12]。近十几年来A/O工艺在国内外的应用发展较快，被认为是解决城市污水及含氮工业废水氮污染的有效工艺[3]。