据不完全统计，AAO工艺或AAO工艺为基础的变形工艺在我国污水处理厂拥有约70%左右的市场，其凭借结构简单，技术成熟，便于管理和运行费用低等优势在众多工艺中脱颖而出。 但 传统A A O工艺因碳源不足、污泥龄矛盾、回流硝酸盐对磷的释放影响等诸多局限性，脱氮除磷效率难以进一步提升 ，无法满足当下愈发严格的出水水质标准。
但 传统A A O工艺因碳源不足、污泥龄矛盾、回流硝酸盐对磷的释放影响等诸多局限性，脱氮除磷效率难以进一步提升 ，无法满足当下愈发严格的出水水质标准。
正因如此，为解决这些不足，从而实现更好的脱氮除磷效果和更经济、便捷的生产控制，很多专家通过大量研究对该工艺进行改进。
主要是针对四个方面： 一是降低回流液进入厌氧池的硝酸盐含量；二是碳源不足的问题；三是反硝化除磷工艺；四是对池型进行改良以优化运行效果或节能减耗。
UCT工艺在传统AAO工艺基础上， 额外增加一条从缺氧区至厌氧区的混合液回流，并将污泥回留位置改到缺氧池 ，污泥在缺氧池反硝化后再进入厌氧池，硝酸盐含量大大减少。
但与之相应的是为了保证回流至厌氧池的硝酸盐最少，好氧池至缺氧池的循环液也需要严格控制，这样一来系统的脱氮能力不能被充分利用，即牺牲脱氮能力来保证除磷。
MUCT工艺是将缺氧池分为2格，缺氧池1只承担二沉池回流污泥，缺氧池2用于好氧池硝化液的反硝化 ，即可将回流污泥的脱氮与污水的脱氮完全分开，分别调节除磷与脱氮，两者互不牵制。
这一改进避免回流中的溶解氧对厌氧释磷的影响，表现出较好的脱氮除磷性能。
然而，该工艺存在缺氧区碳源不足的困扰，水质对其影响较大。有研究人员对其进行进一步改进，将厌氧区1改2，缺氧区1改多，必要时根据进水C/N值将缺氧单元转换为好氧单元，采用多点进水，调节厌氧池和缺氧单元的进水比例，为除磷脱氮提供最优碳源。
VIP 是弗吉尼亚首创废水厂Virginal Initiative Plant的缩写，是美国Virginia州Hampton Roads公共卫生区与CHZM HILL公司开发的专利。
该工艺流程与UCT工艺类似。 所有区都分格，至少有 2 个以上的完全混合区格串联，形成有机物、氮、磷的梯度分布，有利于提高反应速率 。缺氧池的分格使得由最后一格回流至厌氧池的硝酸盐处于最低水平。
VIP工艺采用高负荷、短污泥龄的运行方式，混合液中活性微生物所占的比例较高，相对于 AAO工艺，反应池的容积更小，除磷效果更好。
为了避免传统AAO工艺中因回流引入过量硝酸盐使系统除磷受抑制的问题， JHB工艺前端增加了一个预缺氧池，一部分原水流进预缺氧池，另一部分流入厌氧池，沉淀池的一部分污泥返回预缺氧池。
这种改进使污泥中的微生物利用流入的营养物质进行反硝化，减少污泥中的硝酸盐含量。
A-AAO工艺和JHB工艺的原理相同，区别仅在于选择池、厌氧池的进水分配比例不同 。
该工艺将AAO工艺中厌氧池分出一格作为生物选择池，池内为厌氧或缺氧环境，来自二沉池的回流污泥和10%左右的进水进入该池进行污泥反硝化，停留时间20-30min，去除回流污泥携带的硝酸盐，这种工艺改良简单易行，在一些工程中已有应用。
值得一提的是，还有人指出采用进水中的1/3进入缺氧区，2/3进入厌氧区的分配方案，可取得比较高的脱氮除磷效果。
生物脱氮除磷过程中消耗的有机物来源可分为系统碳源和外加碳源， 系 统碳源常难以实现较高的脱氮除磷要求，需投外加碳源来提高系统的脱氮除磷效率 。
补充外碳源是在不改变原有工艺池体结构及各功能区顺序的情况下，针对短期内因水质波动引起碳源不足而提出的应急措施。一般供选择的碳源可分为2类：
二是可替代有机碳源，如厌氧消化污泥上清液、 木屑、牲畜或家禽粪便及含高碳源的工业废水等。相对糖类、纤维素等高碳物质而言，因微生物以低分子碳水化合物（如，甲醇、乙酸钠等）为碳源进行合成代谢时所需能量较大，使其更倾向于利用此类碳源进行分解代谢，如反硝化等。
必须要说明的是，任何外碳源的投加都要使系统经历一定的适应期，方可达到预期的效果。 碳源的投加位置可以是缺氧反应池，也可以是厌氧反应池。
初沉池会去除20%左右的有机物， 取消初沉池或缩短初沉时间，大量颗粒有机物直接进入生物池，增加进入生物池的有机物总量，能部分缓解碳源不足的问题。
由于省去了初沉池，运行成本也相应的有所降低，对于城市污水处理厂来说，碳源以这种方法获取既比较容易，又能省下污水厂额外的运行费用。
倒置AAO工艺是将传统的AAO的厌氧池定位在缺氧池之后，优先为反硝化提供碳源，强化了脱氮能力 ，回流污泥历经完整的厌氧“释磷”到好氧“吸磷”的过程，排放的污泥含磷量大，具有“群体”效应和“饥饿”效应的双重优势。
然而，外回流增加了二沉池的固体负荷，对出水和二沉池底流浓度有一定影响。一般在工程中应用时，为兼顾脱氮除磷所需的碳源，会采用多点进水方式，但对于C/N过低、碳源严重不足的污水，仍需要添加辅助碳源来缓解压力。
在传统的阶段曝气活性污泥法中采用了分段进水，旨在平衡曝气池内的有机物负荷及需氧、减少出流的MLSS 浓度、降低二沉池的固体负荷，目前已将分段进水方式应用于脱氮除磷工艺。
分段进水应用于脱氮的特点有： 可以提高反硝化速率；在生物池内可维持较高的MLSS浓度，因而反应时间较短，可减小反应器体积；硝化反硝化在反应池中顺序发生，因而可以取消混合液循环降低能耗。
虽然该工艺对脱氮有利，但因为反应池中存在较多的硝酸盐而影响除磷。
DEPHANOX是最早于20世纪90年代被提出的一种借助反硝化除磷双污泥回流系统。该工艺是在厌氧池与缺氧池间增加一个沉淀池和生物膜反应器，以满足同步反硝化除磷菌（DPB）所需环境和物质基础。
厌氧池排出的有机底物被污泥生物降解，流经中间沉淀池时，污泥和富含氨氮的混合液静置分离，形成上清液后进入生物膜反应器硝化，而含有NO3-—N的污泥越过生物膜反应器进入缺氧池进行反硝化脱氮除磷。
该工艺 可以有效解决PAO和反硝化菌对碳源的竞争，即使进水有机物较低，也具有较高的除磷能力。
BCFS工艺是由UCT工艺变型而来，增加了化学除磷、一个接触池、一个混合池（缺氧好氧池）。
厌氧池出口处的富磷上清液引入除磷池进行化学除磷，除磷池的上清液返回污水厂进水处。接触池可以消耗厌氧池出水中的残余COD，残余COD进入缺氧池后成为反硝化菌的碳源，优先发生反硝化，外碳源较少时才发生反硝化除磷。混合池内呈缺氧或好氧状态，可以进行反硝化脱氮或同步硝化反硝化。
BCFS 工艺有3个循环系统，循环A是经缺氧池脱除硝酸盐氮；循环B向缺氧池补充硝酸盐，供给反硝化除磷中所需的硝酸盐；循环C脱氮并增加同步硝化反硝化的机会。
传统的单污泥系统有如下问题：需要污泥龄大于15 天才能实现低温下的完全硝化；反硝化菌和聚磷菌存在碳源方面的竞争；污泥膨胀。
而随着反硝化聚磷菌的发现出现了A2N（Anaerobic-anoxic-nitrification）连续流双泥工艺。
该工艺将硝化污泥附着于生物膜上，与聚磷污泥分开，这样一来，可以使硝化和友硝化除磷脱氮分别在最佳条件下实现。厌氧池发生释磷和COD降解，中沉池的上清液（氨氮、磷）和聚磷污泥分离，上清液进入生物膜池硝化产生NO3-—N，聚磷污泥超越生物膜池直接进入缺氧池，在缺氧池内利用 DPB 除磷脱氮。
OCO 工艺得名于生物处理装置的几何形状——OCO池（见下图）， 内圈、外圈隔墙为O形，中圈为C形。内圈厌氧、中圈缺氧、外圈好氧的构造在动力学方面形成了适合污水脱氮除磷的必要物理、化学环境。
污水经预处理后首先进入OCO池的厌氧区与回流污泥混合，随后进入缺氧区，缺氧区是一个半闭合的区域，左边闭合区为缺氧状态，右边开口区与好氧区融合，在混合区内来自好氧区和缺氧区的污水可以重新分配。
Biolak工艺的主要特点是悬挂式曝气链和位于地下的土池结构（利用天然的沟壑和洼地）。
悬挂式曝气链受到水流冲击而在池中摆动，气泡不是垂直上升而是曲线上升，充氧效率高。悬挂式曝气链避免了在池底穿孔安装曝气管，使土池的应用成为一种可能。为了解决上池的地下水渗透问题，土池中敷设了HDPE防渗膜。
Biolak工艺属于延时曝气、低负荷处理系统，适宜于中、小城镇污水处理。
