在各类污水治理项目当中，同步实现有机物降解、脱氮与除磷是工艺设计需要面对的核心诉求，AAO污水处理工艺依托不同环境下功能微生物的代谢特性，构建分段式的生化反应环境，成为污水生物处理领域应用较为普遍的技术路径。该工艺整合活性污泥降解、生物硝化、反硝化以及生物除磷的反应过程，依靠系统内部不同功能菌群的协同代谢，完成水体中多种污染物质的去除，能够适配生活污水以及水质特征相近的部分生产废水处理场景。
污水在进入AAO生化系统之前，一般需要经过预处理环节，去除水体中大颗粒悬浮物、漂浮杂物，降低后续生化单元的负荷，避免杂质对生化系统运行造成干扰。经过预处理后的污水，首先进入厌氧反应区域，该区域维持无充氧的环境条件，同时来自后端沉淀单元的回流污泥同步进入该区域，污水与回流污泥实现充分混合接触。体系内的聚磷微生物在此环境条件下，会分解自身储存的聚磷酸盐，释放磷酸盐到水体当中，同时摄取水体当中易于降解的有机物质，将其转化为胞内储存物质，完成释磷过程，为后续阶段的过量吸磷储备代谢所需的能量。厌氧环境的稳定维持对这一阶段反应十分关键，如果体系内混入溶解氧或者硝态氮，会干扰聚磷菌的代谢活动，削弱整体的除磷表现。
随后水体流动进入缺氧反应区域，该区域不实施主动充氧，维持较低的溶解氧水平。来自好氧区域的混合液通过回流系统输送至缺氧段，混合液当中携带的硝态氮成为反硝化菌反应底物，反硝化微生物利用水体当中残存的有机碳源，将硝态氮转化为气态物质释放到空气当中，以此实现脱氮效果。碳源供给情况会直接影响反硝化反应推进程度，进水自带的可降解有机物是该阶段主要碳源，工程运行当中需要关注碳源匹配情况，碳源不足时脱氮过程会受到制约。
水体继续流至好氧反应区域，该区域持续进行曝气充氧，维持充足溶解氧环境。一方面好氧微生物持续分解水体留存的有机污染物，另一方面硝化菌群将水体内部的氨氮转化为硝态氮，为缺氧段的反硝化过程提供反应原料。同时，前期厌氧阶段完成释磷的聚磷菌，在充足氧气条件下分解胞内储存物质获取能量，大量吸收水体当中的磷酸盐，磷元素富集在活性污泥之中。经过三段生化反应之后，混合污水进入沉淀单元，完成泥水分离，上清液作为处理出水排出系统，含有富集磷元素的污泥一部分回流到厌氧区域保障系统污泥浓度，另一部分作为剩余污泥排出系统，磷随之从整个水处理体系当中移除。
整套工艺依靠两套回流体系维持系统稳态运行，混合液内回流将好氧段硝化生成的硝态氮输送回缺氧池完成脱氮，污泥外回流将沉淀后的活性污泥送回厌氧池，保障功能微生物的种群数量。实际工程运行当中，回流状态、曝气控制、污泥龄管理都会对系统脱氮除磷效果产生影响。污泥龄设置需要兼顾硝化菌群和聚磷菌的生长需求，污泥龄过长会造成聚磷菌代谢活力下降，污泥龄过短则硝化菌群难以留存。曝气强度需要合理把控，好氧区曝气不足会限制硝化反应，曝气过度不仅带来能耗增加，还会造成混合液携带溶解氧进入前端缺氧、厌氧区域，破坏前段反应环境。
现场运维管理过程中，需要持续关注各个反应区域的环境状态，做好进水水质波动的应对。进水水质发生冲击变化时，有机污染物、氮磷组分比例改变，会打破原有微生物群落的代谢平衡，出现脱氮或者除磷效果下降的现象。运行人员需要结合水质变化，调整曝气、回流相关的运行状态，保障各个功能菌群可以处在适宜生存的环境。污泥的排放管理同样不可忽视，剩余污泥排放节奏，直接关系磷元素的排出效率，也影响系统内部污泥浓度。
AAO污水处理工艺在实际工程项目中也衍生出多种改良形式，针对进水水质的不同特点，调整池体排布顺序、进水分配方式、回流路径，以此适配不同项目的水质条件与出水管控要求。从整体工程角度来看，该工艺不需要复杂的特殊构筑物，依靠微生物自身代谢实现污染物质转化，在市政污水、村镇生活污水以及部分生产废水治理场景都具备落地条件，但是工艺本身存在脱氮和除磷对运行条件的诉求存在冲突的客观现象，运行管理环节需要做好各环节之间的平衡，才能保障出水的稳定状态。
