一體化污水處理設備去除有機物污染物及氨氮主要依賴于設備中的AO生物處理工藝。其工作原理是在A級，由于污水有機物濃度很高，微生物處于缺氧狀態，此時微生物為兼性微生物，它們將污水中的有機氮轉化分解成NH3-N，同時利用有機碳源作為電子供體，將NO2-N、NO3-N轉換成N2，而且還利用部分有機碳源和NH3-N合成新的細胞物質。所以A級池不僅具有一定的有機物去除功能，減輕后續好氧池的有機負荷。有利于硝化作用的進行，而且依靠原水中存在的較高濃度有機物，完成反硝化作用，消除氮的富營養化污染。在O級，由于有機物濃度已大幅度降低，但污水處理設備仍有一定量的有機物及較高NH3-N存在。為了使有機物得到進一步氧化分解，同時在碳化作用完成情況下，硝化作用能順利進行。在O級設置有機負荷較低的好氧生物接觸氧化池。在O級池中主要存在好氧微生物及自氧型細菌。其中好氧微生物將有機物分解成CO2和H2O；自氧弄細菌利用有機物分解產生的無機碳或空氣中的CO2作為營養源，將O級污水中的NO2-N、NO3-N回流到A級池。為A級池提供電子接受體，通過反硝化作用消除氮污染。