污水一體化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。其工作原理是在*，由于污水有機物濃度很高，微生物處于缺氧狀態，此時微生物為兼性微生物，它們將污水中的有機氮轉化分解成NH3-N，同時利用有機碳源作為電子供體，將NO2-N、NO3-N轉換成N2，而且還利用部分有機碳源和NH3-N合成新的細胞物質。所以*池不僅具有一定的有機物去除功能，減輕后續好氧池的有機負荷。有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，終消除氮的富營養化污染。在O級，由于有機物濃度已大幅度降低，但污水中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）.其中好氧微生物將有機物分解成CO2和H2O；自氧型細菌（硝化菌）利用有機物分解產生的無機碳或空氣中的CO2作為營養源，將污水中的NH3-N轉化成NO2-N、NO3—N，O級池的出水部分回流到*池。為*池提供電子接受體，通過反硝化作用終消除氮污染。
污水一體化處理設備能大幅節省空間，埋入地表以下，地表可作為綠化或廣場用地，因此該設備不占地表面積，不需蓋房，更不需采暖保溫；該設備的去污效果好，設備中的AO生物處理工藝采用推流式生物接觸氧化池，它的處理效果優于*混合式或二、三級串聯*混合式生物接觸氧化池。并且它比活性污泥池體積小，對水質適應性強，耐沖擊性能好，出水水質穩定，不會產生污泥膨脹。同時在生物接觸氧化池中采用了新型彈性立體填料，它具有實際比表面積大，微生物掛膜、脫膜方便，在同樣有機負荷條件下，比其它填料對有機物的去除率高，能提高空氣中的氧在水中溶解度。
由于在AO生物處理工藝中采用了生物接觸氧化池，其填料的體積負荷比較低，微生物處于自身氧化階段，因此產泥量較少。此外，生物接觸氧化池所產生污泥的含水率遠遠低于活性污泥池所產生污泥的含水率。因此，污水經污水一體化處理設備后所產生的污泥量較少，一般僅需90天左右排一次泥。
此污水處理設備配有士壤脫臭設施。其利用鋼筋混凝土結構池體上部空間設置改良士壤及布氣管。當惡臭成份通過士壤層溶解于士壤所含的水份中，進而由于士壤的表面吸附作用及化學反應轉入士壤，終被其中的微生物分解而達到脫臭目的。
