在MBR膜工艺中，生物除磷主要在以下工艺段实现：
厌氧段
- 释磷：污水进入厌氧段，聚磷菌在厌氧条件下，分解细胞内的聚磷，产生的能量用于吸收污水中的有机物，并将其转化为聚-β-羟基丁酸（PHB）等储存起来。在此过程中，聚磷菌将磷释放到污水中，使污水中的磷含量升高。

好氧段
- 吸磷：经过厌氧段的污水进入好氧段，聚磷菌在好氧条件下，利用储存的PHB等有机物作为碳源和能源，大量吸收污水中的磷，并合成聚磷储存在细胞内。由于聚磷菌对磷的过量吸收，使得污水中的磷含量显著降低。

- 沉淀分离：MBR膜工艺通过膜组件对混合液进行固液分离，代替了传统活性污泥法中的二沉池。在好氧段结束后，混合液进入膜池，通过膜的过滤作用，将含有聚磷菌的活性污泥截留在反应器内，而处理后的水则透过膜进入出水系统。由于聚磷菌被截留在系统内，其体内储存的磷也被一并截留，从而实现了生物除磷。