煤制气废水中的酚、硫氰化物和喹啉等对硝化和反硝化细菌具有毒性抑制作用，同时预处理的蒸氨工艺又容易引起废水碱度的不足，从而造成煤制气废水的生物脱氮过程十分困难。单独采用好氧或厌氧工艺处理煤制气废水都难以取得令人满意的效果，缺氧和好氧组合生物处理技术逐渐受到研究者的重视。A-O 法在煤制气废水处理过程中，对有机物和氨氮有较好的去除效果，是煤制气废水处理应用领域中最为常用的生物脱氮技术。合肥煤气公司制气厂采用 A-O 生物膜法处理煤气制气废水，COD、NH 3 -N 和 CN − 去除率分别达到 80%、90%和99%以上。管凤伟等研究了 A-O 生物膜工艺处理煤制气废水的效能，该工艺对 COD、BOD 5 和NH 3 -N 的去除率分别达到 92%、99%和 93%。但由于受到煤制气废水排放标准的提高、煤质变化以及气化工艺自身波动等因素的影响，A-O 法已很难进一步降解煤制气废水中的难降解有机物。在融合了厌氧生物技术后，A 2 -O 法比 A-O 法能够更好地去除难降解有机物和氨氮，并且进一步降低了生化处理后的出水污染物浓度。
多级好氧生物工艺主要以活性污泥法与生物膜工艺组合为主。谢康等采用物理化学法和生物处理法（SBR 池和水解酸化池）相组合的方式，对河南某煤制气厂废水开展了中试试验研究，系统最终出水 COD、氨氮、挥发酚、色度的去除率达到98%，98%、99%和 99%以上。通常情况下，废水需要经过不同梯度溶解氧状态，尤其在低氧状态下细菌能够发挥水解酸化作用分解废水中难降解有机物。张文启等针对煤制气废水生物处理工艺运行不稳定及氨氮去除率低的问题，提出了好氧-缺氧-好氧生物处理工艺；当系统进水 COD 和氨氮浓度为 2204 mg/L 和 244 mg/L 时，COD 和氨氮去除率分别达到 87.6%和 80%。崔崇威等分析了哈依煤气厂原三段生物活性污泥处理系统，因预处理效果不稳定和生物系统的抗冲击负荷能力差导致了污泥不增长、脱氨效果差，各生物处理单元的优势菌属没有本质区别。本文作者认为控制多级好氧生物工艺中合理的溶解氧浓度梯度分布有助于提高煤制气废水的生化处理效果。