污水生物脫氮的基本原理是：在好氧條件下通過硝化反應(yīng)先將氨氮氧化為硝酸鹽，再通過缺氧條件下的反硝化反應(yīng)將硝酸鹽異化還原成氣態(tài)氮從水中去除。由此而發(fā)展起來的生物脫氮工藝大多將缺氧區(qū)和好氧區(qū)分開，形成分級硝化反硝化工藝，以便硝化與反硝化能夠獨立進(jìn)行。

隨著近代生物學(xué)的發(fā)展以及人們對生物技術(shù)的掌握，污水脫氮除磷技術(shù)由以單純的工藝改革向著以生物學(xué)特性研究、促進(jìn)工藝改革的方向發(fā)展，以達(dá)到高效低耗。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1)系統(tǒng)中硝化菌與聚磷菌間的矛盾主要在于泥齡。由于快速生物降解COD理論的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識到反硝化菌與聚磷菌間的矛盾主要是由基質(zhì)競爭引起的，所以有研究者將工作的重點轉(zhuǎn)移到對碳源需求的研究上：一是通過改進(jìn)工藝將除磷和脫氮在空間和時間上分開，分別設(shè)置厭氧、缺氧、好氧環(huán)境來滿足脫氮和除磷要求;一是尋找快速可替代有機(jī)碳源，使反硝化速率加快，脫氮效率提高。目前已有研究者在研究如何采用生物技術(shù)將城市污水的初沉污泥這種潛在的碳源高速、高效地轉(zhuǎn)化為快速有機(jī)碳源，達(dá)到提高污水除磷脫氮效果和廢物利用的雙重目的。

2)短程污水生物脫氮法由于具有節(jié)能、節(jié)約外加碳源、縮短水力停留時間和減少剩余污泥排放量等優(yōu)點受到關(guān)注。利用微生物動力學(xué)特性的固有差異而實現(xiàn)亞硝酸菌和硝酸菌的動態(tài)競爭與選擇，尤其是通過降低溶解氧實現(xiàn)短程硝化的控制是對傳統(tǒng)生物脫氮處理的深化，但對活性污泥的沉降性能和污泥膨脹、低溶解氧下同步硝化與反硝化等問題，有待于進(jìn)一步研究與完善。

3)在一般系統(tǒng)中，提高除磷效率往往伴隨著脫氮率的下降，因此有研究者設(shè)想如果將反硝化與除磷這兩個需碳源的過程合二為一，即在缺氧環(huán)境下利用亞硝酸鹽作為電子受體，同時進(jìn)行反硝化和超量聚磷，這樣可大大減少碳源需求量。已有研究者觀察到這種現(xiàn)象，并認(rèn)為存在反硝化聚磷菌(DNPAO)可同時進(jìn)行反硝化作用和超量聚磷，但在不同環(huán)境條件下，DNPAO的誘導(dǎo)增殖與代謝途徑的變化規(guī)律等仍有待研究。

污水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷嚴(yán)格是目前世界各國的普遍發(fā)展趨勢，以控制水體富營養(yǎng)化為目的的氮、磷脫除技術(shù)開發(fā)已成為世界各國主要的奮斗目標(biāo)。我國對污水脫氮除磷技術(shù)的研究起步較晚，投入的資金也十分有限，研究水平仍處于發(fā)展階段。目前在污水脫氮除磷技術(shù)基礎(chǔ)理論沒有重大革新之前，充分利用現(xiàn)有的工藝組合，開發(fā)技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)高效且符合國情的工藝應(yīng)是今后我國污水脫氮除磷技術(shù)發(fā)展的主要方向，主要體現(xiàn)在：

(1)開展對生物脫氮除磷更深入的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)，優(yōu)化生物脫氮除磷組合工藝，開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)的小型化、商品化脫氮除磷組合工藝。

(2)發(fā)展可持續(xù)污水處理工藝，朝著節(jié)約碳源、降低CO2釋放、減少剩余污泥排放以及實現(xiàn)氮磷回收和處理水回用等方向發(fā)展。

(3)大力開發(fā)適合現(xiàn)有污水處理廠改造的高效污水脫氮除磷技術(shù)。

常用的污水脫氮除磷技術(shù)有：缺氧-好氧脫氮工藝;厭氧-好氧除磷工藝;厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝等。但是，在常規(guī)的生物脫氮除磷工藝中，污泥在厭氧、缺氧和好氧段之間往復(fù)循環(huán)。該污泥由硝化菌、反硝化菌、除磷菌以及其它多種微生物組成，由于不同菌的最佳生長環(huán)境不同，脫氮與除磷之間存在著矛盾。實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)脫氮效果好時除磷效果較差，而除磷效果好時脫氮效果不佳。

因此，常規(guī)污水生物脫氮除磷技術(shù)流程存在著影響該工藝有效運(yùn)行的相互影響和制約的因素，主要表現(xiàn)為：①厭氧與缺氧段污泥量的分配比影響磷釋放或硝態(tài)氮反硝化的效果，厭氧段污泥量比例大則磷釋放效果好，但反硝化效果差;反之，則反硝化效果好，而磷釋放效果差;②原污水經(jīng)厭氧段進(jìn)入缺氧段，磷釋放與硝態(tài)氮反硝化爭奪碳源，當(dāng)原水中碳源不足時，磷釋放或反硝化不完全;③硝化菌世代繁殖時間長，要求較長的污泥齡，但磷從系統(tǒng)中被去除主要是通過剩余污泥的排放，因此要提高除磷效率則要求短污泥齡。對于某些含高濃度氨氮的工業(yè)廢水，由于碳源不足，總氮的去除率較低。