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(shí)進(jìn)行硝化反應(yīng)，有機(jī)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(xì)菌利用化和態(tài)氮和污水中的有機(jī)碳進(jìn)行反硝化反應(yīng)，使化合態(tài)氮變成分子態(tài)氮，同時(shí)去除碳和氫的效果。
生物脫氮機(jī)理認(rèn)為：脫氮過程一般包括氨化、硝化和反硝化三個(gè)過程。
①氨化（ Ammonification）：廢水中的含氮有機(jī)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(xì)菌）的作用下被還原為N2的過程，其中硝化反應(yīng)分為兩步進(jìn)行：亞硝化和硝化。
反硝化反應(yīng)主要影響因素與控制要求
①碳源（C/N）的控制。生物脫氮的反硝化過程中，需要一定數(shù)量的碳源以保證一定的碳氮比，而使反硝化反應(yīng)能順利地進(jìn)行。
②反硝化反應(yīng)最適宜的pH值為8~8.6，pH值高于8.6或低于6，反硝化速率將大幅度下降。
③反硝化反應(yīng)最適宜的溫度是20~40℃。低于15℃反硝化反應(yīng)速率降低，為了保持一定的反應(yīng)速率，在冬季時(shí)采用降低處理負(fù)荷、提高生物固體平均停留時(shí)間以及水力停留時(shí)間等措施。
④反硝化菌屬于異養(yǎng)兼性厭氧菌，在無分子氧但存在硝酸和亞硝酸離子的條件下，一方面，它們能夠利用這些離子中的氧進(jìn)行呼吸，使硝酸鹽還原；另一方面，因?yàn)榉聪趸w內(nèi)的某些酶系統(tǒng)組分只有在有氧條件下才能合成，所以反硝化菌適宜在厭氧、好氧條件交替下進(jìn)行，故溶解氧應(yīng)控制在0.5mg/以下。