生物脱氮机理是水生物脱氮的动力是微生物生命活动，硝化细菌在DO较高的部位发生硝化作用，原污水中的氨氮转化为亚硝态氮与硝态氮（硝酸盐中所含有的氮元素），随后缺氧环境下由于在DO较低，所以微生物发生了反硝化反应，之前的硝氮被消耗掉，产生氮气，由氧化沟排放到大气中，从而实现脱氮的目的。经过此过程，水中总氮指标大幅度降低，出水对水体安全性得到保障。

同化作用是指生物脱氮过程中，氮进入微生物，成为细胞的一部分。其主要流程为原污水中的氮主要是有机物形式，通过氨化细菌的氨化作用将其氨化为氨氮的形式。之后在硝化细菌（好氧性细菌）的硝化作用下将以游离态氨和铵离子形式存在的氨实现向硝酸盐氮的转化。在上述这段反应过程中，这些好氧自养细菌通过该反应获得能量，利用原污水碳源，完成生命活动。在脱氮过程中，最佳反应的温度不同，其中硝化反应在25-35℃时效果最好，且在碱性条件下最适宜。而生物脱氮机理中的反硝化作用是依靠兼性厌氧的反硝化菌进行厌氧呼吸，在缺氧状态下，利用有机污染物中的电子，还原了硝酸盐氮，将其转化为N2或NO2-的同时，可以去除原污水中的天然有机污染物。

生物除磷原理是指对原污水除磷，自然界中的磷一般有游离态和颗粒状态，可以通过将污水中可溶的磷聚合成颗粒状态，之后通过简单的过滤，将其与污水分离，就能达到除磷目的。一般可以利用聚磷菌的生命活动完成此过程。在厌氧状态下，聚磷菌为了保证自身生命活动，将细胞质中的多磷酸盐释放为细胞提供能量。这个过程称为磷的厌氧释放活动。当含有这些细菌的污水流入好氧区时，细胞开始正常运作，利用氧气进行正常生命活动，同时将水中溶解的磷酸盐大肆吸收，该过程称作聚合颗粒磷的过程。从废水中除去这些除磷微生物（污泥中）以实现除磷目的。

1.3氧化沟工艺的发展

氧化沟工艺具有悠久历史，其发展过程大致分为四个阶段：

第一代氧化沟：Pasveer氧化沟当时用于处理来自乡镇的污水，仅为340人提供服务。这是一个间歇式流动处理装置，将传统处理系统的四个主要部件组合成一个沟渠。这样布置生化耗氧量去除率达95％以上[8]。曝气方式采用水平轴盘式表面推流曝气器，每隔一段时间，曝气器必须停止，使沟中的污泥沉淀，并将处理过的流出物排出。第一代氧化物沟槽的沟槽深度为1至2.5m。为了实现连续运行，二沉池被用作联合处理构筑物，形成了新型Pasveer氧化沟工艺。这一阶段的氧化沟开始使用新的曝气装置。

第二代氧化沟：氧化沟具有简单易操作和管理等优点。自20世纪60年代以来，氧化沟的数量和规模不断扩大。加工能力已从300人当量增加到目前1000万人口。处理目标也从生活污水处理发展到城市污水和工业废水的处理。在此期间，相当数量的工业废水也先后采用氧化沟技术处理。对于新一代由于使用直径为1米的充气刷和立式充气（DHV），可以设置更深的沟深，节约占地面积。转子的沟槽深度高达3.5米，沟槽宽度可达20米。卡鲁赛尔氧化沟就是第二代氧化沟，该工艺使用垂直曝气器，氧化沟的沟深度可达四米以上。由于科研水平的提高，第二代氧化沟在好氧缺氧区设置方面更加符合生物反应机理。

第三代氧化沟采用了很多新兴技术，提出了很多更加符合微生物反应成熟理念，具体种类如下：DHV公司的Carrousel 2000型、Carrousel Dlenit型、DHV—EIMCO Carrousel氧化沟、丹麦Kruger公司的双沟、三沟式氧化沟、德国Passavant公司使用Mammoth Rotor的深型氧化沟、美国Envirex公司的Orbal多环型氧化沟。