AO系列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。

其中工作原理是在A級，由于污水有機物濃度很高，微生物處于缺氧狀態(tài)，此時微生物為兼性微生物，它們將污水中的有機氮轉(zhuǎn)化分解成NH3-N，同時利用有機碳作為電子供體，將NO2-N、NO3-N轉(zhuǎn)化成N2，而且還利用部分有機碳源和NH3-N合成新的細胞物質(zhì)，所以A級池不僅具有一定的有機物去除功能，減輕后續(xù)好氧池的有機負荷，以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，最終消除氮的富營養(yǎng)化污染.

在O級，由于有機物濃度已大幅度降低，但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，同時在碳化作用處于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（硝化菌）利用有機物分解產(chǎn)生的無機碳或空氣中的CO2作為營養(yǎng)源，將污水中的NH3-N轉(zhuǎn)化成NO2-N，NO3-N，O級池的出水部分回流到A級池，為A級池提供電子接受體，通過反硝化作用最終消除氮污染。