水体中氮元素过量是造成水污染的重要因素之一，其带来的危害是多方面的，其中的一个突出问题就是水体的富营养化，不仅破坏了水体的生态平衡，同时威胁到水源地的取水安全，进一步加剧了水资源的短缺局面。目前我国城市内河多数执行《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)iv类(tn1.5mg/l)或v类(tn2.0mg/l)标准，但城市污水厂排水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)一级a标准，tn排放限值为15mg/l，既不能满足城市内河iv类或v类标准要求，也不能满足地下水源补充水的要求。随着国家对水污染治理力度的不断强化及对污水厂尾水污水排放标准的不断提高，对污水厂出水tn进行深度处理，严格控制氮的达标排放已经成为新建或现有污水处理设施升级改造的核心目标。
到目前为止，市政污水深度脱氮技术种类较为丰富，根据基本原理的不同，主要可分为物理化学法和生物法两种。生物法不但能去除有机物，还能将污水中的有机氮和氨氮通过生物硝化和反硝化作用转化为氮气，最终从污水中去除；而化学法通常只能去除氨氮，且存在处理费用高，可能对环境造成负面影响以及再生方法（指离子交换脱氮的饱和离子交换剂）尚未确定等问题，故目前仍以生物法较为实用。
目前，国内外对市政污水实际处理中应用较成熟的生物脱氮方法是传统的前置反硝化生物脱氮,如a/o、a2/o工艺等,都能在一定程度上去除污水中的氨氮。传统生物脱氮途径一般包括硝化和反硝化两个阶段，硝化和反硝化反应分别由硝化菌和反硝化菌作用完成,由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生,而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应发生在缺氧或厌氧条件下。由此而发展起来的生物脱氮工艺大多将缺氧区与好氧区分开,形成分级硝化反硝化工艺，以便硝化与反硝化能够独立地进行。
如今，市政污水深度脱氮的主要处理技术如下：
a/o法
a/o工艺将前段缺氧段和后段好氧段串联在一起，a段do不大于0.2 mg/l，o段do=2～4 mg/l。在缺氧段异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经缺氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，提高污水的可生化性，提高氧的效率；
a2/o 法
a2/o 法处理工艺是在好氧条件下，污水中nh3和铵盐在硝化菌的作用下被氧化成no2-n和no3-n，然后在缺氧条件下,通过反硝化反应将no2-n和no3-n还原成n2，达到脱氮的目的。其中，在首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中p的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中的bod5浓度下降；另外，nh3-n因细胞的合成而被去除一部分，使污水中的nh3-n浓度下降，但no3-n含量没有变化。在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入大量no3-n和no2-n还原为n2释放至空气，因此bod5浓度下降，no3-n浓度大幅度下降，而磷的变化很小。在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使nh3-n浓度显著下降，但随着硝化过程使no3-n的浓度增加，p随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。
同时硝化反硝化工艺
当好氧环境与缺氧环境在一个反应器中同时存在，硝化和反硝化在同一个反应器中同时进行时则称为同时硝化/反硝化（simultaneous nitrification and denitrification，简称snd）。同时硝化/反硝化不仅可以发生在生物膜反应器中，如流化床、曝气生物滤池、生物转盘；也可以发生在活性污泥系统中如曝气池、氧化沟。同时硝化/反硝化的机理可以从生物学和反应器两方面来解释。从生物学角度看，由于异养硝化菌和好氧反硝化菌的存在，使硝化和反硝化有了同时发生的可能。对反硝化菌而言，氧气对反硝化过程的抑制作用主要表现在电子受体之间争夺电子的能力差异上，但氧的存在对大部分反硝化菌本身并不抑制，而且这些细菌呼吸链的某些成分甚至需要在有氧的情况下才能合成。从反应器角度看，可以在反应器内同时创造适合硝化和反硝化的环境，形成缺氧厌氧段和好氧并存，微观环境来看，在活性污泥菌胶团或生物膜内部也可能形成缺氧/厌氧段，使同时硝化/反硝化成为可能。反应器内进行同时硝化/反硝化的必要条件是控制溶解氧的水平，使好氧和缺氧环境同时存在，既要满足碳化和硝化反应的需要，又要为保证局部缺氧环境的形成控制do在较低的水平。
短程硝化反硝化工艺
短程硝化-反硝化就是将硝化控制在形成亚硝酸阶段，阻止亚硝酸的进一步硝化，然后直接进行反硝化，形成nh4 →hno2→n2的脱氮过程。短程生物脱氮的关键是如何控制硝化停止在hno2阶段。由于在开放的生态系统中亚硝酸菌和硝酸菌为紧密的互生关系，因此完全的亚硝酸化是不可能的。短程硝化的标志是稳定且较高的hno2积累即亚硝酸化率较高(其定量描述是no2-n与总硝态氮（no2-n no3-n）之比大于50％)。亚硝酸积累影响因素很多，可以通过调节温度、ph值、氨浓度、do、氮负荷、有害物质和泥龄来实现。水温大于30℃、ph值大于8、分子态游离氨浓度在0.6mg/l以上和低溶解氧浓度都有利于短程硝化的维持。
厌氧氨氧化工艺
厌氧氨氧化(ana-mmox) 是以硝酸盐为电子受体或以氨作为直接电子供体，进行硝酸盐还原反应或将亚硝酸氮转化为氮气的反硝化反应。与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，氨的厌氧氧化具有不少突出的优点。主要表现在：（1）无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染；（2）硝化反应每氧化1 mol nh4 耗氧2 mol，而在厌氧氨氧化反应中, 每氧化1 mol nh4 只需要0.75 mol氧，耗氧下降62.5 %（不考虑细胞合成时），所以，可使耗氧能耗大为降；（3）传统的硝化反应氧化1 mol nh4 可产生2 mol h ，反硝化还原1 mol no3-或no2-将产生1 mol oh-，而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和试剂。故厌氧氨氧化及其工艺技术很有研究价值和开发前景。
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