基本的脱氮除磷过程
传统的生物脱氮除磷是通过脱氮细菌与 PAOs 联合进行，且脱氮与除磷过程分开进行。脱氮过程主要由氨化、硝化和反硝化等细菌通过氨化、硝化和反硝化 3 个过程实现。其中，氨化过程可将含氮有机物分解，最终释放氨(NH4 +)；在好氧条件下，自养亚硝化菌/硝化菌通过亚硝化和硝化过程将水中的 NH4 + 转化为亚硝酸盐(NO2 -)或硝酸盐(NO3 -)；反硝化过程是指反硝化细菌以有机碳为电子供体，以硝化过程中产生的 NO2 - 或 NO3 - 为电子受体，在厌氧或缺氧条件下将其还原为气态氮的过程。
微生物脱氮与除磷的关系
在传统的生物脱氮除磷工艺中，脱氮过程与除磷过程分别在不同微生物内完成，由于两个过程对于氧的需求不同，且不同微生物之间存在碳源竞争和生长周期的差异，因此，传统的生物脱氮除磷工 艺需要较多的设施才能实现。脱氮与除磷两个过程的联合作用是生物脱氮除磷的前提，DPR 工艺将两个过程耦合在一起，可同时进行。有研究表明，将硝化和反硝化耦合后可加速氮的去除率，从而缓解 水体生态系统的富营养化，且 NO3 - 和 NO2 -不仅能够诱导反硝化基因的转录，还能够激活聚磷基因的表达。这是由于有机质分解和硝化作用引起的厌氧状态加速了磷的释放。同样地，磷浓度的增加也可促进硝化和反硝化基因表达，加速硝化和反硝化系统耦合脱氮，提高氮的去除率。氮磷循环之间存在相互耦合和相互影响，其依据是富营养化水体中营养物质 引起的藻华通常会以有机物的形式积累在沉积物的表面上，有机质的分解会导致缺氧状态致使磷释放，而磷的富集会改变水体中群落的组成和增加nir 型反硝化菌的丰度，最终导致氮的损失。然而，也有研究者发现，游离的 NO2 -不仅会抑制微生物对磷的吸收，还会抑制细菌的生长，过多的 NO3 -也会抑制厌氧磷的释放，这种现象的产生可能与微生物的种类不同有关。含磷化合物（3，4 -二甲基吡唑磷酸盐）会抑制微生物硝化过程。无论是传统的生物脱氮除磷还是反硝化脱氮除磷，微生物的脱氮与除磷过程均存在相互影响。
生物化学过程
厌氧条件下，DPAOs 胞内的 poly-P 水解，产生的无机磷酸盐(PO4 3-)会被释放到水中。同时， DPAOs 可利用 poly-P 水解产生的 ATP 和糖原分解提供的还原力 NADH2 将易降解的低分子脂肪酸，如乙酸、丙酸、正丁酸、戊酸和异戊酸等吸收到体内，被活化生成乙酰辅 酶A，最终以 PHA 的形式储存在体内，以上即为 DPAOs 的厌氧释磷过程。值 得注意的是，PHA 主要包括聚 -β- 羟基丁酸和聚羟基戊酸，是一类可生物降解的碳聚合物，既能在有氧条件下作为生化反应的碳源为细胞生长和代谢活动提供 ATP，又能在缺氧条件下直接作为能源分解，形成质子驱动力及为电子传递链提供电子。缺氧时，DPAOs 利用 NO3 - /NO2 -为电子受体，分解厌氧释磷时储存在胞内的 PHA 为 AcCoA，AcCoA 可进入三羧酸循环，产生的电子经电子传递产生 ATP 为自身生长及生命活 动供能，释放的 H+形成质子驱动力，过量吸取胞外 PO4 3-，将 PO4 3-以 poly-P 的形式储存于胞内， NO3 - /NO2 -接受电子后被还原为气态氮，从而实现同步脱氮除磷。在好氧条件下，DPAOs 能以 O2 作为电子受体，将胞内厌氧释磷阶段储存的 PHA 经一系列氧化反应生成 CO2，并产生比缺氧 条件下更多的 ATP，分别用于微生物生长、糖原合成以及过量摄取环境中的 PO4 3-_P 以 poly-P 的形式储存于菌体细胞内等过程；同时反硝化过程同样能以 PHA 作为碳源，为 NO3 - /NO2 -还原成气态氮提供能量和电子。
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