一体化污水处理设备去除有机物污染物及氨氮主要依赖于设备中的AO生物处理工艺。其工作原理是在A级，由于污水有机物浓度很高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为兼性微生物，它们将污水中的有机氮转化分解成NH3-N，同时利用有机碳源作为电子供体，将NO2-N、NO3-N转换成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。有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，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，但污水处理设备仍有一定量的有机物及较高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级池中主要存在好氧微生物及自氧型细菌。其中好氧微生物将有机物分解成CO2和H2O；自氧弄细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O级污水中的NO2-N、NO3-N回流到A级池。为A级池提供电子接受体，通过反硝化作用消除氮污染。