利用活性污泥法脱氮除磷，近年来，多采用在反应池运行的厌氧/好氧法。在反应池设厌氧段，可以起到：为反硝化菌创造活跃的环境，积极除氮。创造聚磷菌活跃的环境，利用以上两个作用脱氮除磷。同步脱氮除磷，在理论上是可行的，但实际操作上却很困难。
一、以脱氮除磷为目的的运行方法
微生物为获得能源，会利用更多的氧气分解有机物，而反硝化菌在缺氧条件下，能充分利用硝酸根离子(NO3-)和亚硝酸根离子(NO2-)中含有的氧，并最终将污水中的氮转化为气体，释放到空气中。这就是脱氮的基本原理。此外，氨氮通过硝化反应转化为亚硝酸根离子，可以进一步生成硝酸根离子。
水处理脱氮运行时，首先应让大量的硝化菌生存在活性污泥中。为此，应促使进水中的氨氮在反应池的好氧段氧化为硝酸根离子。接下来，为让含有硝酸根离子的二沉池出水与污水和活性污泥相混合，需在反应池中设置厌氧状态(无氧、有NO3-)。厌氧状态下的微生物为从污水中获得能量，将利用硝酸盐氮中的氧，活跃地讲解有机物。硝酸盐氮中的氧被消耗后残留的氮，转化为气体，向大气释放。
该运行最关键在于，在好氧段充分促进硝化反应，使氨氮氧化为硝酸盐氮。气温高的夏季，反应池的水温随之升高，硝化菌活跃，硝化反应迅速，脱氮运行易于管理。但是，到了冬季水温下降，硝化反应也变的异常缓慢。
促进硝化反应的运行要点如下所述：
1、MLSS：调节活性污泥中的硝化菌量(MLSS值高，硝化菌也就多)。
2、空气量：通过调控曝气量和好氧池停留时间，调节活性污泥与空气的接触量。
3、水温：较高的温度最为理想，但是由于受到季节的影响较大，很难调控。
二、以除磷为目的的运行方法
微生物处于绝对厌氧条件下(无氧、无NO3-)时，与污水混合，为了从污水的有机物中获取能量而摄取氧。但是，在氧气不存在时，聚磷菌将消耗自身体内的三磷酸腺苷中的氧，获得能量，其结果是在厌氧段释放无机磷。随后，含有被释放出的磷的微生物混合水在好氧条件下，由于唯恐再次处于饥饿状态，开始在体内大量蓄积超出释放量的磷。通过这些微生物的作用，处理水中的磷减少了。这就是除磷的机理。
进行除磷处理时，首先在反应池内设绝对厌氧状态。在绝氧池内，活性污泥与成为其食物的进水中的有机物进行混合，活性污泥中的聚磷菌释放无机磷。但是，在接下来的好氧池内，聚磷菌摄取磷，由此达到除磷的效果。
综上所述，采用同样的厌氧/好氧法运行，既可以脱氮又可以除磷，根据二者不同的机理，需要设定厌氧(无氧、有NO3-)和绝对厌氧(无氧、无NO3-)条件。