目前，常用的生物脱氮除磷工艺有A2/O法、SBR法、氧化沟法等。
生物除磷原理
传统的厌氧-好氧除磷原理
在厌氧段，兼性细菌通过发酵作用，将污水中溶解性BOD转化为低分子发酵产物挥发脂肪酸(VFA) 。聚磷菌此阶段分解体内的聚磷酸盐产生ATP，并利用ATP将水中的低分子发酵产物等有机物摄入细胞内，以聚-β-羟基丁酸 (PHB) 、聚-β-羟基链烷酸( PHA)及糖原等有机颗粒的形式贮存于体内，所需的能量来自聚磷酸盐的水解及细胞内糖的酵解，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸释放到胞外，即厌氧放磷。在好氧段，聚磷菌又可以利用聚-β-羟基丁酸盐氧化分解所释放的能量来摄取污水中的磷，并把所摄取的磷合成聚磷酸盐贮存于细胞内。一般来说，微生物增殖过程中，在好氧环境下所摄取的磷多于厌氧环境中所释放的磷，即好氧聚磷。此原理的本质是通过聚磷菌过量摄取污水中的磷酸盐，以不溶性的聚磷酸盐的形式积累于胞内，通过排放富含磷的废弃污泥来去除污水中的磷。
反硝化除磷原理
反硝化除磷原理与传统的除磷过程相似，但其在吸磷阶段以硝酸盐取代氧气为电子受体进行缺氧摄磷，同时硝酸盐被还原成氮气而得以去除，达到同时脱氮除磷的目的，实现了“一碳两用”。 反硝化除磷机理可以借用PAOs释放和吸收无机磷酸盐的Comeau - Wentzel模式来解释。如图1 所示。在厌氧段，乙酸(以乙酸分子形式)通过被动扩散穿过细胞膜。一旦进入到细胞内，即与ATP水解反应耦合，活化成为乙酰辅酶A，同时产生ADP。细胞通过刺激多聚磷酸盐( Poly -Pn )到ATP的再合成，对ATP /ADP比例的降低做出响应。部分乙酰辅酶A经TCA循环被代谢，提供合成PHB所需的还原力(NADH + H+ ) 。其余的乙酰辅酶A被转化为PHB，约有90%的乙酸碳被储存在这种多聚物中。在缺氧段，污水中的无机磷酸盐丰富，而DPB 的多聚磷酸盐含量低。因为在缺氧区NOx - 是电子受体，所以DPB为了生长，利用储存的PHB作为碳源和能源，通过氧化磷酸化产生ATP，进行无氧呼吸。随着ATP /ADP比例增加，多聚磷酸盐的合成受到激励，因而能够从污水中去除磷酸根和相应的阳离子，在细胞内重新储存多聚磷酸盐。
A/O工艺是最简单的生物除磷工艺，反应池划分为好氧区和厌氧区，进水与回流污泥在厌氧区进水端混合后流经多个反应格串联组成的厌氧区，随后是多个反应格串联组成的好氧区，混合液最后进入二沉池，通过固液分离，污泥从二沉池回流到厌氧区。部分富磷的污泥以废弃污泥的形式从系统中排出，实现磷的去除。其特征是负荷高、泥龄和水力停留时间短。
反硝化除磷工艺
比较传统的专性好氧聚磷菌去除工艺，反硝化聚磷菌能分别节省约50%和30%的COD 和氧的消耗量，相应减少剩余污泥量50%，还可避免COD 单一氧化至CO2，使释放到大气中的CO2量明显降低。目前，研究者在基于反硝化除磷的机理之上开发了许多新工艺。根据系统中微生物所处的环境可将反硝化除磷系统分为单污泥系统和双污泥系统。
A2O工艺是一种结构上最为简单的同步脱氮除磷污水处理工艺。对A2O中的缺氧问题进行初步研究，结果表明，和传统的A2O工艺相比，具有反硝化除磷功能的A2O工艺的污染物去除效率更高。采用52.5 L的A2O反应器处理实际污水，研究A2O工艺中的反硝化除磷现象及影响因素。