去除有机污染物及氨氮主要依赖于设备中的AO生物处理工艺。
其中工作原理是在A级，由于污水有机物浓度很高，微生物处于缺气状态，此时微生物为兼性微生物，它们将污水中的有机氨转化分解为NH3-N，同时利用有机碳作为电子供体，将NOˉ2-N、NOˉ3-N转化为N2，而且还利用部分有机碳源和NH3-N合成新的细胞物质。所以A级池不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续好氧池的有机负荷，还利于硝化作用的进行，而且依靠原水中存在的较高浓度有机物，完成反硝化作用，最终消除氮的富营养化污染。
在O级，由于有机物浓度已大幅度降低，但仍有一定量的有机物及较高的NH3-N存在。为了使有机物得到进一步氧化分解，同时在碳化作用处于完成情况下硝化作用能顺利进行，在O级设置有机负荷较低的好氧生物接触氧化池。在O级池是主要存在好氧微生物及好氧型细菌（硝化菌）。其中好氧微生物将有机物分解成CO2和H2O；自养型细菌（硝化菌）利用有机物分解产生的无机碳或空气中的CO2作为营养源，将污水中的NHˉ3-N转化成Nˉ2-ON、Nˉ3-ON、O级池的出水部分回流到A级池，为A级池提供电子受体，通过反硝化作用最终消除氮污染。