目前生物除磷理论的内源机制在学界内部仍存在一定争议,但聚磷菌的厌氧释磷-好氧吸磷理论还是得到了普遍认同。
聚磷菌在好氧时可以过量摄取磷酸盐(PO43-),能量以 ATP 的形式存贮,并将一部分磷酸盐聚集成多聚磷酸盐(poly-phosphate,poly-P)储存在细胞内,供内源呼吸使用;其在厌氧时又能释放磷酸盐,并从中获得能量,将溶解性有机物转化成内碳源(PHAs)储存。现有大多数的除磷工艺往往也是基于这一原理,创造厌氧/缺氧和好氧交替的环境,富集驯化出具有良好吸磷能力的聚磷菌,最后通过排泥从污(废)水中除去部分磷。在厌氧条件下,聚磷菌分解体内的多聚磷酸盐(异染粒)产生ATP,利用ATP以主动运输方式吸收产酸菌提供的可快速降解基质(一般为挥发性有机酸VFAs)进入细胞内合成聚β-羟基丁酸(poly-β-hydroxybutyrate,PHB),与此同时释放出磷酸盐。图中ATP由多聚磷酸盐分解和糖酵解(Glycogen,Gly)产生,NADH+H+由三羧酸循环(TCA)提供,所合成的PHB储存在细胞内。在好氧条件下,聚磷菌以O2/ NOx-N 作为电子受体,分解体内的PHB和外源基质,产生质子驱动力(pmf)将体外的磷酸盐输送到体内合成ATP和核酸,将过剩的磷酸盐合成细胞储存物:多聚磷酸盐(异染颗粒)。