传统活性污泥法是应用最早的工艺，它去除有机物的效率很高，近20年来，水体富营养化的危害越来越严重，去除氮、磷列入了污水处理的目标，于是出现了活性污泥法的改进型AO工艺和AAO工艺。AO工艺有两种，一种是用于除磷的厌氧—好氧工艺，一种是用于脱氮的缺氧—好氧工艺；AAO工艺则是既脱氮又除磷的工艺。
1、AAO工艺原理及过程
A-A-O生物脱氮除磷工艺是传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物除磷工艺的综合。在该工艺流程内，BOD、SS和以各种形式存在的氮和磷将一并被去除。该系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌、反硝化菌和聚磷菌组成，专性厌氧和一般专性好氧菌群均基本被工艺过程所淘汰。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及由有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷去除。
在以上三类细菌均具有去除BOD的作用，但BOD的去除实际上以反硝化细菌为主。以上各种物质去除过程 可直观地用图所示的工艺特性曲线表示。污水进入曝气池以后，随着聚磷菌的吸收、反硝化菌的利用及好氧段好氧生物分解，BOD浓度逐渐降低。在厌氧段，由于聚磷菌释放磷，TP浓度逐渐升高，至缺氧段升至最高。在缺氧段，一般认为聚磷菌既不吸收磷，也不释放磷，TP保持稳定。在好氧段，由于聚磷菌的吸收，TP迅速降低。在厌氧段和缺氧段，氨氮浓度稳中有降，至好氧段，随着硝化的进行，氨氮逐渐降低。在缺氧段，NO3－N瞬间升高，主要是由于内回流带入大量的NO3－N，但随着反硝化的进行，硝酸盐浓度迅速降低。在好氧段，随着硝化的进行，NO3－N浓度逐渐升高。
2、AAO工艺参数和影响因素
A-A-O生物脱氮除磷的功能是有机物去除、脱氮、除磷三种功能的综合，因而其工艺参数应同时满足各种功能的要求。如能有效去除脱氮或除磷，一般也能同时高效地去除BOD，但除磷和脱氮往往是相互矛盾的，具体体现在某些参数上，使这些参数只能局限在某一狭窄的范围内，这是A-A-O系统工艺控制较为复杂的主要原因。
1）F/M和SRT
完全的生物硝化，是高效生物脱氮的前提，因而F/M越低SRT越高，脱氮效率越高，而生除磷则要求高F/M低SRT。A-A-O生物脱氮除磷是运行较灵活的一种工艺，可以以脱氮为重点，也可以以除磷为重点，当然也可以二者兼顾。如果既要求一定的脱氮效果，也要求一定的除磷效果，F/M一般控制在0.1～0.18kgBOD5/(kgMLVSS•d)，SRT一般应控制在8～15天。
2）水力停留时间
水力停留时间与进水浓度、温度等因素有关。厌氧段水力停留时间一般在1～2小时范围；缺氧段水力停留时间1.5～2小时；好氧段水力停留时间一般应在6小时。
3）内回流与外回流
内回流比r一般在200～500％之间，具体取决于进水TKN浓度，以及所要求脱氮效率，一般认为，300～500％时脱氮效率最佳。外回流比R一般在50～100％的范围内，在保证二沉池不发生反硝化及二次释放磷的前提下，应使R降至最低，以免将大多的NO3－N带回厌氧段，干扰磷的释放，降低除磷效率。
4）溶解氧DO
厌氧段DO应控制在0.2mg/l以下，缺氧段DO应控制在0.5mg/l以下，而好氧段DO应控制在2～3mg/l之间。
5）COD/TKN与COD/TP
对于生物脱氮来说，COD/TKN应大于4.0，而生物除磷则要求COD/TP大于20。如果不能满足上述要求，应向污水中投加有机物。为了提高COD/TKN值，宜投加甲醇做营养源，为了提高COD/TP值，宜投加乙酸等低级脂肪酸。
6）PH和碱度
A-A-O生物除磷脱氮系统中，污泥混合液的PH应控制在7.0之上，如果PH小于6.5时，可提高碱度。
7）温度的影响
温度越高，对生物脱氮越有利，当温度低于15℃时，生物脱氮效率将明显下降。而当温度下降时，则极可能对除磷有利。
8）毒物及抑制物质
某些重金属离子、络合阴离子及一些有机物随着工业废水入处理系统后，如果超过一定的浓度，会导致活性污泥中毒，会使某些生物活性受到抑制。反硝化细菌和聚磷菌对毒物及抑制物质的反应，同传统活性污泥系统的污泥基本一致，其中毒或抑制剂量见下表。与异养菌类相比，硝化细菌更易受到毒物抑制。一些对异养菌无毒的物质会对硝化细菌形成抑制。而同一种抑制物质，在某一浓度水平下，对异养菌无毒性，而对硝化细菌却可能有抑制作用。
3、提高AAO工艺处理效果的经验总结
一般A2/O工艺流程当脱氮效果好时,则除磷效果较差，反之亦然，很难同时获得好的脱氮除磷的效果，所以特对A2/O工艺提出改进措施，以提高该工艺的整体处理效果。
1）在设计和运行中，保证污泥回流比为(60~100)%，一般回流到厌氧段的污泥回流比为(10~20)%，其余的则回流到缺氧段。这样就减少了进入到厌氧段的硝酸盐和溶解氧量，最大限度地维持了其厌氧环境，同时又保证了所需的污泥浓度。
2）原污水应能同时进入到厌氧段和缺氧段，据脱氮除磷生化反应对有机碳源的需要，通过闸门调节其进入厌氧段和缺氧段的污水流量。有关研究表明，如要获得较高的脱氮除磷效果，可按1/3污水流入缺氧段来设计。
3）回流污泥的提升用潜污泵代替螺旋泵，同时回流污泥和污水进入厌氧段和缺氧段均采用淹没式入流，以减少复氧。
4）厌氧段和缺氧段水下搅拌器的功率一般按3~5W/m3来设计过大则会在池内产生涡流，导致混合液溶解氧升高，影响脱氮除磷效果；但搅拌功率过小则混合液中的污泥可能沉积下来。
5）取消消化池，将剩余污泥直接经浓缩压滤成泥饼，避免了A2/O工艺高磷剩余污泥在消化过程中磷被重新释放和溶出，影响磷的去除效果。
6）A2/O工艺的污泥龄取值应兼顾脱氮除磷二方面的要求，一般污泥龄为15~20d为宜。
7）混合液回流比的取值应兼顾A2/O工艺脱氮率要求较高和降低运行费用二个方面，一般取(300~400)%为宜，此时脱氮率可达70%以上，运行费用也不会太高。如果将缺氧池和好氧池设计成同心圆式，外圆为环形好氧池，采用转刷曝气推流；同心圆的中间是圆形缺氧反硝化池，用潜水搅拌器搅拌推流。
从厌氧段出来的混合液通过缺氧池圆形隔墙上的开口进入好氧段，而好氧段混合液则通过隔墙上的旋转门回流到缺氧段，混合液的回流量由控制旋转门的开启度来调节，使回流混合液不需用泵提升，大大节约了能耗，又保证了较高的脱氮率。我国昆明第二污水厂就是采用该种结构，效果良好。
8）A2/O工艺设计中，要取得较好的处理效果和比较灵活的运行条件，一般采用设计参数：厌氧段污泥负荷率>0.10kgBOD5/kgMLSS·d；厌氧段进水S-P/S-BOD5<0.06；缺氧段C/N>6。
好氧段污泥负荷率<0.10kgBOD5/kgMLSS·d；好氧段TKN/MLSS<0.15kgTKN/kgMLSS·d。
9）A2/O工艺中水力停留时间一般为6~8h，三段水力停留时间适宜的比例为厌氧∶缺氧∶好氧=1∶1∶(3~4)
