生物過濾系統主要由VOCs輸送系統、噴淋器和過濾塔三部分構成。根據處理污染物的類型需要馴化出特定的微生物，培養馴化過程需要嚴格控制適宜的微生物生存環境，并將其附著在生物反應器內的填料上。運作時主要利用微生物的代謝作用將VOCs作為受體物質進行分解，最終的產物是簡單的小分子無機物以及微生物細胞質。此外長期積累的生物膜會老化脫落，代謝產物和脫落膜由生物生理作用和噴淋液黏附作用轉移到外部環境。一方面，不同于廢水的生物凈化過程，VOCs廢氣首先由增濕單元增濕后送入過濾單元，并且與黏附在填料層表面的生物膜接觸。VOCs在氣相與生物膜之間的濃度梯度使其由氣相擴散到生物膜中，在微生物的新陳代謝活動過程中得到吸附降解和利用，轉化為CO2、H2O等簡單小分子物質以及細胞組成物質和代謝能源，而排出的代謝物（如CO2）則從生物膜相轉移到氣相。經過生物的反復作用，VOCs廢氣逐漸減少，最終得以達標排放。另一方面，噴淋單元需要周期性地向填料層噴灑培養液，為填料層的微生物提供水和代謝必須元素，調節和維持適宜的pH值。

等離子體的化學反應性強，反應器所需電壓極低，將其作為生物過濾法的新型預處理單元時，在幾毫秒的時間內就能去除或降解VOCs，因此該聯合技術在處理難降解VOCs方面具有很高的效率。單獨生物過濾反應器受自身原因影響在實際應用中占地面積通常較大，并且為連續流處理；而等離子體反應器體積較小，初始安裝成本低，易于根據排氣性質控制開關，兩者結合能顯著縮小系統體積，降低投資成本。此外，等離子體技術雖然降解VOCs的效率高，但是產生的小分子副產物較多，而生物過濾法恰好相反，對等離子體技術產生的小分子醛、酮、脂等的去除效果好，幾乎能完全降解成對人體無害的小分子，不會再次產生污染。

圖12-1為結合技術的耦合機理。等離子體分解層在電源的激發下產生等離子體放電，因此會出現一個含有大量高能電子、·O、·OH、O3等活性粒子的等離子體區域，含VOCs的廢氣首先進入等離子體單元，在等離子體區域的高能活性粒子的作用下分解為小分子有機物或直接去除，從而提高了有機廢氣的可生化性。經降解后的小分子有機物和等離子體區域產生的低濃度O3共同進入生物過濾單元（生物濾池、生物過濾塔等），在穿過填料空隙時受到表層生物膜的吸附，并借助生物膜進入微生物層。污染物在微生物的新陳代謝過程中進一步分解去除，完全凈化的廢氣又通過生物排出到填料空隙中。在這一過程中微生物會利用一部分物質和生成的能量不斷繁殖，隨著微生物層的增厚和生物膜逐漸老化脫落，此階段的生物過濾單元處理能力較弱。因此，可以增加VOCs廢氣在等離子體單元的循環次數，提高前段的去除效率，為后段減輕負荷，直到后段重新開始新一輪的覆膜。盡管過程中高能電子、·O、·OH等高能物種反應活性高而存留時間短，但是等離子體單元能夠源源不斷地供應活性粒子，所以在連續流的情況下仍然可以達到高去除率和高能效。