混合调节池出水由提升泵进入VTBR生物氧化塔进行处理，去除大部分的COD，去除酚、氰及其他有害物质，并通过硝化及反硝化作用脱氮。
VTBR生物氧化塔采用密闭的固定膜式生化反应器，即可以实现好氧过程，又可以实现厌氧过程。好氧时，反应器按一定方式连接使之成为气一水同向同流依次穿过多个反应器，使气一液接触时间提高几十到几百倍（比普通曝气法），使氧利用率高达80～90％，节省空气十倍左右；同时，微正压使氧溶解度增加，生物量可达10～20克/升，生化效率提高，容积负荷提高，设备体积减少（与目前运行的生化反应器比，减少反应器体积2/3）；塔式反应器使占地面积减少一倍以上；填料使生物固着生长，污泥龄长达100天以上，内源呼吸充分使剩余污泥体积极大地减少。
厌氧时，VTBR反应器被可以安装填料构成了厌氧固定膜生物反应器，使之具有比UASB更优越的特性。在反应器底部，因为它在污泥量大时形成污泥膨胀段，膨胀段上部形成填料床过滤段，可以形成悬浮床和固定床一体的生物生长过程，增强了生化处理效果和污泥截留率。