污水中总氮包括有机氮和氨氮及硝酸盐，但城市污水中的氮到达污水厂时以氨氮为主。通常生物脱氮包 括硝化和反硝化两个过程。
对污水处理厂普通A/O工艺的出水总氮预测分析：在污水厂的曝气池中，在好氧环境中，原水BOD被化能 异养菌氧化，氨态氮则被化能自养菌氧化（即硝化细菌）成硝态氮或亚硝态氮，完成硝化过程。因化能 异养菌效率较高，而化能自养菌效率较低，硝化过程需要较长的污泥龄才能完全发挥硝化作用。硝化过 程产生的硝态氮或亚硝态氮仍是总氮的组成部分，对总氮的去除没有影响。但硝酸盐或亚硝酸盐具有较 强的氧化能力，在缺氧环境下，当环境中溶解氧较低时，某些细菌能以硝酸盐或亚硝酸盐代替溶解氧作 为氧供体，以进水中的BOD作为碳源和能量进行生命活动，将硝酸盐氮还原成氮气，由水中释放出来，实 现氮最终排出系统，完成反硝化过程。该过程最终的结果是，硝酸盐或亚硝酸盐供出其中的氧原子作为 碳源的氧化剂，硝态氮或亚硝态氮则还原成游离氮（即反硝化）。正是由于硝化细菌和反硝化细菌的共 同作用，总氮的去除才成为可能。
目前现有城镇污水处理厂主导工艺中大量采用A/A/O（含改进型UCT）工艺、SBR和氧化沟工艺。对氨氮、 总氮、三氮转化及氨氮在水污染评价及控制中的作用研究认为：这些工艺在去除有机物和氨氮方面效果 较好，但是面对愈加严格的总氮和总磷排放要求，有些设施就必须进行技术改造来提升TN的处理效果。 比如采用强化生物处理+深度处理、强化除磷脱氮等技术，尽可能对现有处理设施进行挖潜，通过强化现 有工艺各个环节，特别是生物处理工艺的作用，尽量减少提高排放标准需要的资金投入。
强化生物处理技术主要是硝化菌生物强化，它可以极大地促进微生物种群中硝化菌群的高密度生长 ，导致快速启动和原位硝化活性的提高。一些同定膜微生物反应器中接种的强化微生物能在生物膜中扩 增或繁殖，提高了生物膜表面硝化菌的丰度从而导致硝化速率加快。
氨氮总氮一体化治理技术采用先进的短程硝化一反硝化工艺，通过投放、驯化优势菌，增强了处理 氨氮和总氮的能力。为提高总氮脱除率，还采用了好氧同步反硝化、外加碳源及利用内源呼吸的后置反 硝化三项新技术，氮脱除率大干98%，总氮脱除率大于95%，完成了氨氮、总氮同步脱除的难题。