污水一体化处理设备去除有机物污染物及氨氮主要依赖于设备中的AO生物处理工艺。其工作原理是在*，由于污水有机物浓度很高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为兼性微生物，它们将污水中的有机氮转化分解成NH3-N，同时利用有机碳源作为电子供体，将NO2-N、NO3-N转换成N2，而且还利用部分有机碳源和NH3-N合成新的细胞物质。所以*池不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续好氧池的有机负荷。有利于硝化作用的进行，而且依靠原水中存在的较高浓度有机物，完成反硝化作用，终消除氮的富营养化污染。在O级，由于有机物浓度已大幅度降低，但污水中仍有一定量的有机物及较高NH3-N存在。为了使有机物得到进一步氧化分解，同时在碳化作用完成情况下，硝化作用能顺利进行。在O级设置有机负荷较低的好氧生物接触氧化池。在O级池中主要存在好氧微生物及自氧型细菌（硝化菌）.其中好氧微生物将有机物分解成CO2和H2O；自氧型细菌（硝化菌）利用有机物分解产生的无机碳或空气中的CO2作为营养源，将污水中的NH3-N转化成NO2-N、NO3—N，O级池的出水部分回流到*池。为*池提供电子接受体，通过反硝化作用终消除氮污染。
污水一体化处理设备能大幅节省空间，埋入地表以下，地表可作为绿化或广场用地，因此该设备不占地表面积，不需盖房，更不需采暖保温；该设备的去污效果好，设备中的AO生物处理工艺采用推流式生物接触氧化池，它的处理效果优于*混合式或二、三级串联*混合式生物接触氧化池。并且它比活性污泥池体积小，对水质适应性强，耐冲击性能好，出水水质稳定，不会产生污泥膨胀。同时在生物接触氧化池中采用了新型弹性立体填料，它具有实际比表面积大，微生物挂膜、脱膜方便，在同样有机负荷条件下，比其它填料对有机物的去除率高，能提高空气中的氧在水中溶解度。
由于在AO生物处理工艺中采用了生物接触氧化池，其填料的体积负荷比较低，微生物处于自身氧化阶段，因此产泥量较少。此外，生物接触氧化池所产生污泥的含水率远远低于活性污泥池所产生污泥的含水率。因此，污水经污水一体化处理设备后所产生的污泥量较少，一般仅需90天左右排一次泥。
此污水处理设备配有士壤脱臭设施。其利用钢筋混凝土结构池体上部空间设置改良士壤及布气管。当恶臭成份通过士壤层溶解于士壤所含的水份中，进而由于士壤的表面吸附作用及化学反应转入士壤，终被其中的微生物分解而达到脱臭目的。
