城镇污水处理过程中，去除总氮和总磷分别需要满足一定的有机物量，由于当前城镇污水厂进水有机物浓度普遍偏低，导致城镇污水氮磷去除困难。城镇污水厂通常侧重于将总氮去除，而总磷的去除一定程度上可以通过加药来完成，对于低碳氮比的污水如何提高总氮去除率是当前城镇污水处理的关键问题。
基于目前城镇污水处理厂进水普遍碳源不足，碳氮比很少能够满足不低于4的要求，当进水的碳氮比不能满足要求时，总氮去除率显著下降，很容易导致出水不能达标。故寻求适用于低碳源的高效低成本脱氮技术非常迫切。目前采取的主要应对措施有改变进水策略、厌氧氨氧化、短程硝化反硝化、内源反硝化、氢自养型反硝化等多种方法，在没有好的应对措施的情况下常常还会选择外加碳源物质。
外加碳源简单，但成本高昂，污水厂难以承受，且投加的碳源需要精准，过多或过少都不合适，故反应难以控制；改变进水策略目前常常采用分步进水(多点进水)等措施，但工艺流程较复杂，构筑物多，运行成本显著增加；厌氧氨氧化技术可以从根本上解决碳源不足的问题，但是厌氧氨氧化需要的条件非常苛刻，一般适用于高氨氮的工业废水，很难应用于城镇污水处理领域。
目前基于厌氧氨氧化方法开发的脱氮工艺应用于城镇污水处理的尚没有成熟工艺；多级AO串联工艺与分步进水类似，将多个缺氧池和好氧池串联，进水分为多路，在每个缺氧池处进水，该工艺具有较好的脱氮效果，但是该工艺脱氮的去除率依赖于AO的串联级数，串联级数越多脱氮效果越好。