生物脫氮工藝是一個包括硝化和反硝化過程的單級或多級活性污泥法系統。從完成生物硝化的反應器來看，脫氮工藝可分為微生物懸浮生長型（活性污泥法及其變形）和微生物附著生長型（生物膜反應器）兩大類。
多級活性污泥法系統具有多級污泥回流系統，是傳統的生物脫氮法，是將硝化和反硝化分別單獨進行。此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點是流程長、構筑物多、基建費用高、需要外加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量甲醇等。
而單級活性污泥法系統則是將含碳有機物的氧化、硝化和反硝化在一個活性污泥系統中實現，并且只有一個沉淀池，即一個污泥回流系統。
多級活性污泥法系統具有多級污泥回流系統，是傳統的生物脫氮法，是將硝化和反硝化分別單獨進行。此流程可以得到相當好的BOD5去除效果和脫氮效果，其缺點是流程長、構筑物多、基建費用高、需要外加碳源、運行費用高、出水中殘留一定量甲醇等。
而單級活性污泥法系統則是將含碳有機物的氧化、硝化和反硝化在一個活性污泥系統中實現，并且只有一個沉淀池，即一個污泥回流系統。
單級活性污泥脫氮系統代表方法是缺氧/好氧（A/O）工藝和四段Bardenpho工藝（A/O/A/O），其他方法還有厭氧/缺氧/好氧（A2/O）工藝、Phoredox（五段Bardenpho）工藝、UCT工藝、VIP工藝等；
此外，氧化溝、SBR法、循環活性污泥法等通過調整運行方式而有脫氮功能時也歸為單級活性污泥脫氮系統。其中A2/O工藝、Bardenpho工藝、Phoredox工藝、UCT工藝、VIP工藝等同時具有脫氮除磷功能。
生物膜反應器適合世代周期長的硝化細菌生長，而且其中固著生長的微生物使硝化菌和反硝化菌各有其適合生長的環境。因此在一般的生物膜反應器內部，也會同時存在硝化和反硝化過程。
在已有的活性污泥法處理過程中，通過投加粉末活性炭等載體，不僅可以提高去除BOD5的能力，還可以提高整個系統的硝化和脫氮效果。如果將已經實現硝化的廢水回流到低速轉動的生物轉盤和鼓風量較小的生物濾池等缺氧生物膜反應器內，可以取得更好的脫氮效果，且不需污泥回流。
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