利用活性污泥法脫氮除磷，近年來，多采用在反應池運行的厭氧/好氧法。在反應池設厭氧段，可以起到：為反硝化菌創造活躍的環境，積極除氮。創造聚磷菌活躍的環境，利用以上兩個作用脫氮除磷。同步脫氮除磷，在理論上是可行的，但實際操作上卻很困難。
一、以脫氮除磷為目的的運行方法
微生物為獲得能源，會利用更多的氧氣分解有機物，而反硝化菌在缺氧條件下，能充分利用硝酸根離子(NO3-)和亞硝酸根離子(NO2-)中含有的氧，并最終將污水中的氮轉化為氣體，釋放到空氣中。這就是脫氮的基本原理。此外，氨氮通過硝化反應轉化為亞硝酸根離子，可以進一步生成硝酸根離子。
水處理脫氮運行時，首先應讓大量的硝化菌生存在活性污泥中。為此，應促使進水中的氨氮在反應池的好氧段氧化為硝酸根離子。接下來，為讓含有硝酸根離子的二沉池出水與污水和活性污泥相混合，需在反應池中設置厭氧狀態(無氧、有NO3-)。厭氧狀態下的微生物為從污水中獲得能量，將利用硝酸鹽氮中的氧，活躍地講解有機物。硝酸鹽氮中的氧被消耗后殘留的氮，轉化為氣體，向大氣釋放。
該運行最關鍵在于，在好氧段充分促進硝化反應，使氨氮氧化為硝酸鹽氮。氣溫高的夏季，反應池的水溫隨之升高，硝化菌活躍，硝化反應迅速，脫氮運行易于管理。但是，到了冬季水溫下降，硝化反應也變的異常緩慢。
促進硝化反應的運行要點如下所述：
1、MLSS：調節活性污泥中的硝化菌量(MLSS值高，硝化菌也就多)。
2、空氣量：通過調控曝氣量和好氧池停留時間，調節活性污泥與空氣的接觸量。
3、水溫：較高的溫度最為理想，但是由于受到季節的影響較大，很難調控。
二、以除磷為目的的運行方法
微生物處于絕對厭氧條件下(無氧、無NO3-)時，與污水混合，為了從污水的有機物中獲取能量而攝取氧。但是，在氧氣不存在時，聚磷菌將消耗自身體內的三磷酸腺苷中的氧，獲得能量，其結果是在厭氧段釋放無機磷。隨后，含有被釋放出的磷的微生物混合水在好氧條件下，由于唯恐再次處于饑餓狀態，開始在體內大量蓄積超出釋放量的磷。通過這些微生物的作用，處理水中的磷減少了。這就是除磷的機理。
進行除磷處理時，首先在反應池內設絕對厭氧狀態。在絕氧池內，活性污泥與成為其食物的進水中的有機物進行混合，活性污泥中的聚磷菌釋放無機磷。但是，在接下來的好氧池內，聚磷菌攝取磷，由此達到除磷的效果。
綜上所述，采用同樣的厭氧/好氧法運行，既可以脫氮又可以除磷，根據二者不同的機理，需要設定厭氧(無氧、有NO3-)和絕對厭氧(無氧、無NO3-)條件。