污水生物脫氮的基本原理就是在將有機氮轉化為氨態氮的基礎上，先利用好氧段經硝化作用，由硝化細菌和亞硝化細菌的協同作用，將氨氮通過硝化作用轉化為亞硝態氮、硝態氮。在缺氧條件下通過反硝化作用將硝氮轉化為氮氣，溢出水面釋放到大氣，參與自然界氮的循環，大量減少水中含氮物質，降低出水的潛在危險性，達到從廢水中脫氮的目的。

具有脫氮除磷功能的污水廠，有機物主要消耗在釋磷、反硝化脫氮和異養菌生長等方面。但是，一般城市污水中所含的易降解COD(化學需氧量)是有限的，在低碳源污水處理系統中，COD/TN(化學需氧量與總氮的比值)較低的現象更為突出，VFAs(揮發性脂肪酸)含量更是十分有限，碳源不足成為反硝化和釋磷的限制因素，所以在生物脫氮除磷系統中，聚磷菌和反硝化菌因碳源不足而產生競爭，影響去除效果，因此目前進水情況下，僅靠生物作用，脫氮及除磷效率一般都較低。

為改善低碳源污水處理系統的脫氮效率，國內外眾多學者及工程師開展了多項脫氮技術的研究及應用工作，內部工藝優化及新工藝開發研究成為研究熱點，但從運行效果來看，對于低碳源污水的處理，各種工藝對脫氮除磷的改善作用仍然有限，且整體脫氮效果仍然不高，總磷效果惡化;在應對有機物濃度較低、C/N(碳氮比)相對較高的城市污水時，污水廠一般采用外加碳源(如甲醇、乙醇、乙酸鈉、乙酸、葡萄糖、淀粉等)的方式，求得出水達標，但采用的投加商業碳源的方式不僅增加了經濟成本，同時也違背了節能減排、低能耗的宗旨。對于污水處理脫氮，生化法顯然是最為經濟的方法，在各類最新脫氮機理尚未取得突破性進展之前，硝化反硝化機理是生物脫氮的唯一途徑，因此開發性能優異、價格低廉的替代商業碳源是解決脫氮問題的重要研究方向。