高含磷废水的活性污泥中存在一类“聚磷菌”，这类聚磷菌在好氧条件下能够吸收超过自己本身生理所需的过量磷，含磷量可达细胞干重的6%～8%，甚至更高，但在厌氧条件下又可释放出这部分过量吸收的磷。微生物除磷处理的微生物学原理和技术就是利用聚磷菌能在好氧和厌氧条件下吸收磷和释放磷的特点，人为控制好氧和厌氧条件去除废水中磷的过程。

某些微生物在好氧时不仅能大量吸收磷酸盐（PO4）合成自身核酸和ATP，而且能逆浓度梯度过量吸磷合成贮能的多聚磷酸盐颗粒（即异染颗粒）于体内，供其内源呼吸用，这些细菌称为聚磷菌。聚磷菌在厌氧时又能释放磷酸盐（PO4）于体外，故可创造厌氧、缺氧和好氧环境，让聚磷菌先在含磷污（废）水中厌氧放磷，然后在好氧条件下充分地过量吸磷，然后通过排泥从污（废）水中除去部分磷，可以达到减少污（废）水中磷含量的目的。

如前所述，所谓聚磷菌是指能吸收磷酸盐，并将磷酸盐聚集成多聚磷酸盐贮存在细胞内的一群微生物的统称。通常，聚磷菌又能形成聚β-羟基丁酸（PHB）贮存在体内。具有聚磷能力的微生物，就所知，绝大多数是细菌。聚磷的活性污泥是由许多好氧异养菌、厌氧异养菌和兼性厌氧菌组成，实质是产酸菌（统称）和聚磷菌的混合群体。有文献报道，从活性污泥中分离出来的聚磷细菌种类多，其中聚磷能力强，数量占优势的聚磷菌是不动杆菌-莫拉氏菌群、假单胞菌属、气单胞菌属和黄杆菌属、费氏柠檬酸杆菌等60多种。有聚磷能力的还有硝化细菌中的亚硝化杆菌属、亚硝化球菌属、亚硝化叶菌属和硝化杆菌属、硝化球菌属等。

厌氧释放磷的过程

产酸菌在厌氧或缺氧条件下将蛋白质、脂肪、糖类等大分子有机物，分解为3类可快速降解的基质：① 甲酸、乙酸、丙酸等低级脂肪酸；② 葡萄糖、甲醇、乙醇等；③ 丁酸、乳酸、琥珀酸等。聚磷菌则在厌氧条件下，分解体内的多聚磷酸盐产生ATP，利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的3类基质进入细胞内合成PHB。与此同时释放出PO4于环境中。

Comeau提出乙酸吸收理论：质膜外的CH3COO-和H+结合成中性分子，进入细胞再水解成离子CH3COO-和H+，产生的ATP驱动H排到体外，重建质子驱动力，使CH3COO- 不断被输入细胞。体内的乙酸（CH3COOH）被合成为PHB。

好氧吸磷过程

聚磷菌在好氧条件下，分解机体内的PHB和外源基质，产生质子驱动力将体外的PO4输送到体内合成ATP和核酸，将过剩的PO4聚合成细胞贮存物：多聚磷酸盐（异染颗粒）。

聚磷菌释放磷和吸磷过程如图1所示：

除磷工艺有如下几种：Bardenpho生物除磷工艺，Phoredox工艺，A/O及A/O，UCT工艺，VIP工艺，及旁流除磷-Phostrip工艺、间歇式活性污泥法（SBR）等。

以上各种工艺各有优、缺点，可根据水质选用。它们既能除磷又能脱氮，都是用厌氧、缺氧和好氧的方法加以排列组合。但它们的工作主体-除磷细菌、硝化细菌及反硝化细菌的生理特性不同，除磷细菌和反硝化细菌两者为争夺碳源而存在竞争。因此，要分别创造一个适合它们各自生理需要的生态环境。故设计了以上多种工艺流程。即使同样是A/O和A/O工艺，其排列组合和运行条件也有所不同。

为达到良好的除磷效果，要求NO3、NO2极低，DO在0.2 mg/L以下，氧化还原电位低于150 mv，温度30℃左右，pH在7～8。

在一种污（废）水中同时除磷和脱氮，就要合理调整泥龄和水力停留时间，兼顾除磷菌、硝化细菌和反硝化细菌的生理要求，使它们和谐地生长繁殖，达到同时除磷、脱氮的目的。若只需除磷不需脱氮则只用化学法加药剂除磷即可。