AO工藝通常是在常規的好氧活性污泥法處理系統前，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，在好氧段轉化為硝化氮并回流到缺氧段，其中的反硝化細菌利用化和態氮和污水中的有機碳進行反硝化反應，使化合態氮變成分子態氮，同時去除碳和氫的效果。

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（好氧自養型微生物）的作用下被轉化為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。

反硝化反應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，需要一定數量的碳源以保證一定的碳氮比，而使反硝化反應能順利地進行。

②反硝化反應最適宜的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反硝化反應最適宜的溫度是20~40℃。低于15℃反硝化反應速率降低，為了保持一定的反應速率，在冬季時采用降低處理負荷、提高生物固體平均停留時間以及水力停留時間等措施。

④反硝化菌屬于異養兼性厭氧菌，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行呼吸，使硝酸鹽還原；另一方面，因為反硝化菌體內的某些酶系統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、好氧條件交替下進行，故溶解氧應控制在0.5mg/以下。