生物脱氮工艺是包括硝化和反硝化的单级或多级活性污泥工艺系统，从完成生物硝化的反应器来看，反硝化过程可分为微生物悬浮生长型(活性污泥法及其变形)和微生物附着生长型(生物膜反应器)两大类。

　　多级活性污泥系统有多级污泥回流系统，这是一种传统的生物脱氮方法，硝化和反硝化分别进行。该工艺可获得良好的BOD5去除和脱氮效果，但其缺点是流程长、构筑物多、基建费用高、需要额外的碳源、运行费用高、出水还有一定量的甲醇残留。

　　单级活性污泥系统在一个活性污泥系统中实现含碳有机物的氧化、硝化和反硝化，只有一个沉淀池，即污泥回流系统。

　　单级活性污泥脱氮系统的代表方法有缺氧/好氧(A/O)工艺和四级Bardenpho工艺(A/O/A/O)，其他方法有厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺、Phoredox(五级Bardenpho)工艺、UCT工艺、VIP工艺等。

　　此外，氧化沟、SBR工艺和循环活性污泥工艺，当通过调整运行方式而具有脱氮功能时，也归为单级活性污泥脱氮系统。其中A2/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、UCT工艺和VIP工艺都具有脱氮除磷功能。

　　生物膜反应器适合世代周期长的硝化菌生长，其中的固定化微生物使硝化菌和反硝化菌有各自适宜的生长环境。因此，在一般的生物膜反应器中，也会同时存在硝化和反硝化过程。

　　在现有的活性污泥处理工艺中，通过添加粉末活性炭等载体，不仅可以提高去除BOD5的能力，还可以提高整个系统的硝化和反硝化效果。如果将硝化后的废水回流到低速旋转的生物转盘、小风量的生物滤池等缺氧生物膜反应器中，可以达到更好的脱氮效果，不需要污泥回流。