生物除磷主要由一类统称为聚磷细菌的微生物完成。该类微生物均属异养型细菌，现已报道的种类包括:不动杆菌属、假单胞菌属、气单胞菌属、棒杆菌属、肠杆菌属、着色菌属、脱氮微球菌属等。上述细菌也存在于传统的活性污泥系统中，而传统活性污泥法之所以不能有效除磷，可能是其生长条件无法诱导这些微生物过度吸磷的缘故。
在厌氧条件下，聚磷菌把细菌中的聚磷水解为下磷酸盐(PO)释放胞外，并从中获取能量，利用污水中易降解的COD如挥发性脂肪酸(VFA)，合成贮藏物聚β-羟丁酸(PHB)等贮于胞内。
聚磷菌厌氧释磷的程度与基质类型关系很大，当基质为甲酸、乙酸、丙酸等挥发性脂肪酸时，释磷迅速而彻底，基质为非挥发性脂肪酸时，释磷则十分缓慢，且总释磷量也很小。有观点认为，聚磷菌一般可直接利用的是第一类基质--挥发性脂肪酸，其他基质则需转化为第一类基质后才能被利用。
从以往的研究大体可给出这样一个生化模型:废水中的有机物进入厌氧区后，在发酵性产酸菌的作用下转化成乙酸。聚磷菌在厌氧的不利条件下(压抑条件)，可将贮积在菌体内的聚磷分解。在此过程中释放出的能量可供聚磷菌在厌氧压抑环境下存活之用;另一部分能量可供聚磷菌主动吸收乙酸、H+和e。使之以PHB形式贮藏在菌体内，并使发酵产酸过程得以继续进行。聚磷分解后的无机磷盐释放至聚磷菌体外，此即观察到的聚磷细菌厌氧磷现象。进入好氧区后，聚磷菌即可将积贮的PHB好氧分解，释放出的大量能量可供聚菌的生长、繁殖。当环境中的有溶磷存在时，一部分能量可供聚磷菌主动吸收磷酸盐，并聚磷的形式贮积在体内，此即为聚磷菌的好氧吸磷现象。
由于水体富营养化是一个严重的长期问题，而我国对生物脱氮除磷的研究仅始于20纪70~80 年代，目前进行了脱氮除磷处理的污水处理厂并不多。因此，为了控制水污染保护水环境，保障人体健康，维护生态平衡，开发经济有效，能同时脱氮除磷的适合我国情的工艺尤为重要。由于生物法运行费用较低，效果稳定，综合处理能力强，因此生物脱氮除磷工艺在我国将有很大的应用前景。
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