磷是生物圈中重要的元素之一，对于细胞组成、遗传物质的组成和能量的贮存有着一定的作用。传统活性污泥法中，磷参与微生物菌体的合成，成为菌体的一部分，微生物作用下将有机物通过矿化作用转化为无机磷，无机磷以可溶性和不可溶性磷酸盐的形式存在。它们再发生相互的转化，构成了磷的循环，并以剩余的污泥的形式排除而去除污水中的磷。但仅能获得10%~30%的除磷效果，大量的磷导致水体的富营养化。
从水体中藻类对氮磷、磷的需要的关系看，对于内陆水体，磷是水体富营养化的主要限制因素，一般认为磷也是温带海湾以及大多数热带海域富营养化的限制因素，因此控制磷的浓度尤为重要。为控制水体富营养化，污水厂出水的磷含量必须达到一定标准，而且无论在国内还是在国外，此标准日趋严格。我国《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的以及标准为磷酸盐（以P计）≦0.5mg/L，二级标准为磷酸盐≦1.0mg/L。所以今后大多数污水处理厂都要考虑生物或化学除磷，以控制出水总磷（TP）的浓度。除磷工艺的目的都是将可溶性磷转化为悬浮性磷，以便将其滞留。现代污水除磷技术是利用磷的循环转化为过程，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀，或利用细胞合成，将磷吸收到污泥细胞中的过程。前者称为化学法除磷，后者称为生物法除磷。在此仅介绍生物除磷的方法。
传统生物除磷机理认为：在厌氧环境下，聚磷菌只能利用污水中的易于被生物降解物质，其他都要经水解/发酵后转化为乙酸等VFA后才能被聚磷菌利用。而在缺氧环境下，反硝化菌先与聚磷菌利用这类有机物进行脱氮，导致积磷菌PAO释放的充分程度和合成的PHB量是随后好氧条件下过量摄磷的充分条件和决定性因素，因此系统的除磷效率取决污水中的易于被生物降解的溶解性有机物的多少。一般进水溶解性BOD/TP≥15时才能保证出水磷含量小于1mg/L,而实际上污水中这类有机物有限，这部分碳源相对不足导致整个系统脱碳除磷效率不佳。基于以上原因，研究者们进行了大量的工艺改进，将除磷和脱碳在空间或时间上分开，即在不同反应器或同一反应器的不同时间段，分别设置厌氧、缺氧、好氧环境来满足脱氮与除磷要求。这样做一方面是为了使PAO能够优先摄取到污水中的VFA，尽可能充分地释放磷，聚积PHB；另一方面劲量避免脱氮过程中从好氧段回流来的混合液中硝酸盐与PAO接触，以消除硝酸盐对除磷过程所造成的不良影响。磷不同于氮，不能形成各种氧化体或还原体，但具有以固体状态和溶解状态互相混合转化的性能，磷的去除既以此为基点。
污水中的磷主要来源于各种洗涤剂、农业化肥生产、工业原料及人体的排泄物，尤其是中水回用过程中磷的问题更加严重。一般生活污水的含磷量在10~15mg/L,约70%是可溶性的，生物生长过程中需要一定浓度的磷作为合成的营养元素并以生物生长所需要的磷量，导致磷的过量。磷不经处理就排入水体会导致水体的富营养化，同时，当中含有的化学合成洗涤剂，对天然水体的生态系统造成直接的破坏，使城市及周边地区的生态环境趋于恶化。对其进行净化后处理作为中水水源，即减少了供水量，又减少了同等的排污量，减轻了对天然水体的污染，经净化处理后可以作为清洁、冲厕、绿化和景观用水，在实际应用中会产生明显的环境效益，也负荷可持续发展的长远规划。
一、生物除磷机理
针对生物除磷问题，目前有代表性的一种说法是生物诱导的化学沉淀作用，一般倾向于后者。
生物除磷是将活性污泥法和厌氧生物选择器相结合，通过生物选择器筛选出能在好氧条件下超量吸收磷的细菌——聚磷菌，普通细菌结构需要的磷为其质量的2.3%，而局磷菌体内的磷含量可达8%以上。生物除磷的机理如下：在厌氧区，兼性菌通过发酵作用将溶解性BOD转化为VFA，积磷菌在厌氧不利条件下将积在体内的聚磷释放分解，所释放的能量供积磷菌在厌氧条件下存活，同时聚磷菌吸收VFA，将其运送到细胞内，同化成PHB/PHA，磷酸盐释放产生能量供应。在好氧区，聚磷菌以聚磷的形式贮超出生长所需的磷量，通过PHB/PHA的好氧氧化代谢产生能量，用于磷的吸收和聚磷的合成。
环境中有溶解磷存在时，一部分能量供其主动吸收磷酸盐，污泥中的非积磷盐的好氧性异氧细菌也能利用废水中残留的有机物进行氧化分解，释放能量供它生长繁殖，但因大部分有机物被积磷菌吸收、利用，所以不占优势。一部分磷回流到厌氧区，再次发生上述的磷和能量的释放并摄取有机物，另一部分含富磷的污泥将在后续的工艺中去除。
近年来又发现一种兼氧性厌氧反硝化除磷细菌DPB还能在缺氧条件下摄磷。与PAO不同的是，氧化细胞内储存PHA时的电子受体不同，PAO的电子受体为氧，DPB的电子受体为NO3.因此DPB在缺氧环境下摄磷，使得摄磷的反硝化这两个不同的生物过程借助于同一细菌在同一环境中一起完成，不仅节省了脱氮对碳源的需求，而且摄磷在缺氧区内完成可缩小曝气区的体积，减少了剩余污泥量。
除磷系统的关键是厌氧区的设置。能量来源于聚磷的水解和细胞内糖的酵解，储藏的聚磷为基质的主动运输、乙酰乙酸盐的形成提供能量。选择性增殖抑制了丝状菌的繁殖，使反应池的SVI保持在相当地的水平。
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