氮是導致水體富營養化的重要元素，脫氮是汙水處理的重要步驟。傳統的生物脫氮理論認為，汙水中含氮化合物在微生物作用下相繼發生氨化、硝化、反硝化三步反應，從而達到脫氮的作用。在此基礎上發展了多種生物脫氮工藝，主流工藝為A/O、A²/O 工藝等。
最早的脫氮工藝出現於1932年，這是一個以內源呼吸為碳源的單級活性汙泥脫氮系統，該系統效率低下並不實用。1973年，Barnard開發了著名的A/O工藝（缺氧/好氧工藝），此後美國人又在A/O工藝的基礎上添加厭氧段，形成了 A²/O 工藝（厭氧/缺氧/好氧工藝），A²/O工藝及其各種變種工藝現在仍是最主流的脫氮除磷工藝。
隨著對生物脫氮機理研究的深入，研究人員又發現了多種與傳統脫氮理論不同的生物脫氮方式，主要為短程硝化反硝化、同步硝化反硝化、厭氧氨氧化這三種。這三種生物脫氮技術各有優勢，但均可在碳氮比較低的情況下不需要投加碳源而有效去除總氮，所以儘管反應條件、控制要求等均較高，但在日益嚴重的環保形勢下仍是當前研究的前沿、熱點。
此外，除了以上生物脫氮工藝外，還有基於生物膜法的BAF曝氣生物濾池，基於活性汙泥法的SBR工藝、氧化溝工藝、AB法脫氮工藝及各種變種工藝等。
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