传统水处理理论认为：氨氮的去除是通过硝化和反硝化两个相互独立的过程实现的，由于对环境条件的要求不同，这两个过程不能同时发生，而只能序列式进行，即硝化反应发生在好氧条件下，反硝化反应则发生在严格的缺氧或厌氧条件下。在这种理论指导下，传统的生物脱氮工艺都是将缺氧区(或厌氧区)与好氧区分隔开，如A/O系统。在好氧区供氧充足，氨氮被硝化菌群氧化成硝酸盐氮，然后混合液一般被回流至前置式缺氧段；在缺氧条件下，反硝化菌利用硝酸盐氮和原污水中的有机物完成反硝化过程，达到脱氮的目的。微生物反硝化过程是一种经济有效的硝酸盐去除方法。反硝化细菌在此过程中起非常重要的作用，它能够使NO3‐逐步转变为NO2–、NO、N，O和N，，从而达脱氮的目的。传统的反硝化细菌属于异养微生物，在厌氧条件下进行反硝化作用，后来又发现了好氧的反硝化细菌。