生物除磷过程是通过聚磷菌以不溶解菌的聚磷酸盐的形式将溶解性的正磷酸盐过量贮存于体内来实现的。这就表明生物除磷的能力与活性污泥工艺中污泥所含聚磷菌的比例密切相关。污泥中聚磷菌的数量增大,除磷能力也相应增大。而聚磷菌体内贮存的聚磷酸盐作为能源储备,在适宜条件下被释放,从而使聚磷菌在与活性污泥中非聚磷菌的竞争中处于优势。
要成功实现生物除磷的首要前提条件是,在完全厌氧的条件下(既无NO3也无氧),将活性污泥与进水混合。在厌氧条件下,聚磷菌以醋酸盐或其他挥发性脂肪酸(VFA)的形式吸收有机底物,并转化为含碳储存物,如PHB。其中醋酸盐或其他挥发性脂肪酸来自于原污水或在厌氧段由水解酸化反应生成,而吸收和转化底物所需的能量来自于聚磷酸盐的水解,同时将磷以正磷酸盐的形式释放到水溶液中。
在好氧或缺氧条件下,以PHB形式储存的碳源物质被氧或硝酸盐氧化。此过程释放的能量被聚磷菌用于从水溶液中吸收正磷酸盐,并以聚磷酸盐的形式贮存于细胞体内以用于生长需要。在厌氧或缺氧条件下,除聚磷菌外的生物体很少或没有能力来吸收底物(醋酸盐或VFA)以进行生长。最后通过排除剩余污泥将磷从系统中去除,同时也维持系统内污泥量的平衡。