AO工藝通常是在常規(guī)的好氧活性污泥法處理系統(tǒng)前，增加一段缺氧生物處理過程。在好氧段，好氧微生物氧化分解污水中的BOD5，同時進行硝化反應，有機氮和氨氮，在好氧段轉(zhuǎn)化為硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化細菌利用化合態(tài)氮和污水中的有機碳進行反硝化反應，使化合態(tài)氮變成分子態(tài)氮，同時去除碳和氫的效果。這里著重介紹生物脫氮原理。

（1）生物脫氮的基本原理：

傳統(tǒng)的生物脫氮機理認為：脫氮過程一般包括氨化、硝化和反硝化三個過程。

①氨化（ Ammonification）：廢水中的含氮有機物，在生物處理過程中被好氧或厭氧異養(yǎng)型微生物氧化分解為氨氮的過程。

②硝化（ Nitrification）：廢水中的氨氮在硝化菌（好氧自養(yǎng)型微生物）的作用下被轉(zhuǎn)化為NO2二和NO3的過程。

③反硝化（ Denitrification）：廢水中的NO2和NO3在缺氧條件下以及反硝化菌（兼性異養(yǎng)型細菌）的作用下被還原為N2的過程，其中硝化反應分為兩步進行：亞硝化和硝化。硝化反應過程方程式如下所示：

①亞硝化反應：NH4++1.5O2→NO2-+H2O+2H+

②硝化反應：NO2-+0.5O2→NO3-

③總的硝化反應：NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+

反硝化反應過程分三步進行，反應方程式如下所示（以甲醇為電子供體為例）：

第一步：3NO3-+CH3OH→3NO2+2H2O+CO2

第二步：2H++2NO2-+CH3OH→N2+3H2O+CO2

第三步：6H++6NO3-+5CH3OH→3N2+13H2O+5CO2

除了上述脫氮原理外，還有一種短程反硝化作用可以脫氮，即氨氮在O池中未被完全硝化生成NO3-，而是生成了大量的NO2-N，但在A池NO2同樣被作為受氫體而進行脫氮（上述第二步可知）；再者在A池NO2-同樣也可和NH4+進行脫氮，即短程反硝化的過程可以表示為：NH4++NO2→N2+2H2O。