城鎮污水處理過程中，去除總氮和總磷分別需要滿足一定的有機物量，由于當前城鎮污水廠進水有機物濃度普遍偏低，導致城鎮污水氮磷去除困難。城鎮污水廠通常側重于將總氮去除，而總磷的去除一定程度上可以通過加藥來完成，對于低碳氮比的污水如何提高總氮去除率是當前城鎮污水處理的關鍵問題。
基于目前城鎮污水處理廠進水普遍碳源不足，碳氮比很少能夠滿足不低于4的要求，當進水的碳氮比不能滿足要求時，總氮去除率顯著下降，很容易導致出水不能達標。故尋求適用于低碳源的高效低成本脫氮技術非常迫切。目前采取的主要應對措施有改變進水策略、厭氧氨氧化、短程硝化反硝化、內源反硝化、氫自養型反硝化等多種方法，在沒有好的應對措施的情況下常常還會選擇外加碳源物質。
外加碳源簡單，但成本高昂，污水廠難以承受，且投加的碳源需要精準，過多或過少都不合適，故反應難以控制；改變進水策略目前常常采用分步進水(多點進水)等措施，但工藝流程較復雜，構筑物多，運行成本顯著增加；厭氧氨氧化技術可以從根本上解決碳源不足的問題，但是厭氧氨氧化需要的條件非常苛刻，一般適用于高氨氮的工業廢水，很難應用于城鎮污水處理領域。
目前基于厭氧氨氧化方法開發的脫氮工藝應用于城鎮污水處理的尚沒有成熟工藝；多級AO串聯工藝與分步進水類似，將多個缺氧池和好氧池串聯，進水分為多路，在每個缺氧池處進水，該工藝具有較好的脫氮效果，但是該工藝脫氮的去除率依賴于AO的串聯級數，串聯級數越多脫氮效果越好。