污水处理中的微生物种类很多，主要有菌类，藻类以及动物类
根据对营养物需求的不同，可将细菌分为自养菌和异养菌两大类
自养菌利用各种无机物(CO2、HCO3-、NO3-、PO3-4等)为营养将其转化为另一种无机物，释放出能量，合成细胞物质，其碳源、氮源和磷源皆为无机物
污水处理设施中的微生物主要是异养菌
真菌是好氧菌，以有机物为碳源，生长pH为2?9，好的pH为5.6
真菌需氧量少，只有细菌的一半
真菌常出现于低pH值、分子氧较少的环境中
真菌在污水处理的作用是不可忽视的
它含有叶绿素，利用光合作用同化二氧化碳和水放出氧气，吸收水中的氮、磷等营养元素合成自身细胞
污水中的原生动物既是水质净化者又是水质指示物
绝大多数原生动物属于好氧异养型
在污水处理中，原生动物的作用没有细菌重要，但由于大多数原生动物能吞食固态有机物和游离细菌，所以有净化水质的作用
例如，溶解氧充足时钟虫大量出现，溶解氧低于1/L时出现较少，也不活跃
在污水处理设施和稳定塘中常见的后生动物有轮虫、线虫和甲壳类的动物
后生动物以细菌、原生动物、藻类和有机固体为食，它们的出现表明处理效果较好，是污水处理的指示性生物
在这一过程中伴随着新生命的诞生，旧生命的死亡和营养物(基质)的转化
污水的生物处理就是利用微生物对污染物(营养物)的代谢转化作用实现的
细菌和真菌以水中的有机物、氮和磷等为营养进行有氧和无氧呼吸合成自身细胞
藻类是利用二氧化碳和水中的氮、磷进行光和作用合成自身细胞并向水体提供氧气
藻类的细胞死亡后成为菌类繁殖的营养
后生动物捕食水中固体有机物、菌类、藻类和原生动物
这种为维持生命活动和生长繁殖而进行的生化反应过程叫新陈代谢，简称代谢
微生物将营养物分解转化为简单的化合物并释放出能量，这一过程叫做分解代谢或产能代谢;微生物将营养物转化为细胞物质并吸收分解代谢释放的能量，这一过程叫做合成代谢
当营养物充足的时，内源呼吸并不明显，但营养物缺乏时，内源呼吸是能量的主要来源
微生物通过新陈代谢不断地增殖和死亡
微生物的分解代谢为合成代谢提供能量和物质，合成代谢为分解代谢提供催化剂和反应器
两种代谢相互依赖、相互促进、不可分割
不同的微生物代谢速度不同，营养物用于分解和合成的比例也不相同
好氧微生物分解营养物彻底，产物(CO2、H2O 、NO3- 、PO43-等)稳定，含有的能量较少，所以好氧微生物代谢中释放的能量多，代谢速度快，将营养物用于分解的比例小，用于合成的比例大，细胞增殖快
影响微生物生长的的条件主要有营养、温度、pH值、溶解氧及有毒物质等
微生物细胞的组成(不包括H2O和无机物)，可用化学式C5H7O2N或C60H87O23N12P表示
不同微生物细胞的组成不尽相同，对碳氮磷比的要求也不完全相同
好氧微生物要求碳氮磷比为BOD5:N:P=100:5:1[或COD:N:P=(200~300):5:1]
其中N以NH3 - N计，P以PO43--P计
微生物种类繁多，所需C、N、P的化学形式也不相同
如异养菌需要有机物为碳源，而自养菌以CO2和HCO3-为碳源
微生物除需要C、H、O、N、P外，还需要S、Mg、Fe、Ca、K等元素，以及Mn、Zn、Co、Ni、Cu、Mo、V、I、Br、B等微量元素
根据适应的温度范围，微生物可分为低温性(好冷性)、中温性和高温性(好热性)三类
低温性微生物的生长温度为20以下，中温性微生物的生长温度为20~45，高温性微生物的生长温度为45以上
厌氧生物处理时，中温微生物的合适生长温度为25~40，高温微生物的合适生长温度为50~60
所以厌氧微生物处理常利用33~38和52~57两个温度段，分别叫做中温消化(发酵)和高温消化(发酵)
随着科学技术的发展，厌氧反应已能在20~25的常温下进行，这就大大降低了运行费用
所以，在较高合适温度条件下生物处理效果较好
人为改变污水温度将增大处理成本，所以好氧生物处理一般在自然温度下进行，即在常温下进行
好氧生物处理效果受气候的影响较小
如果原污水的温度较高，应采用中温发酵(33~38)或高温发酵(52~57)
如果有足够的余热或发酵过程中产生足够的沼气(高浓度有机污水和污泥消化)，则可以利用余热或沼气的热能实现中温和高温发酵
一般情况下，一日内温度的波动不宜超过
所以，在生物处理时要控制适宜的水温并保持稳定
不同的微生物具有不同的酶系统，就有不同的pH值适应范围
细菌、放线菌、藻类和原生动物的pH值适应范围是4~10
大多数细菌适宜pH=6.5~8.5的中性和偏碱性环境
好氧生物处理的适宜pH为6.5~8.5，厌氧生物处理的适宜pH为6.7~7.4(好的pH为6.7~7.2)
在生物处理过程中保持合适pH值范围非常重要
否则，微生物酶的活性降低或丧失，微生物生长缓慢甚至死亡，导致处理失败
所以保持pH值的稳定非常重要
没有分子氧，好氧微生物就不能生长繁殖，所以，进行好氧生物处理时，要保持一定浓度的溶解氧(DO)
供氧不足，适合低溶解氧生长的微生物(微量好氧的发硫菌)和兼性微生物大量繁殖
溶解氧浓度过高，不仅浪费能量，而且会因营养相对缺乏而使细胞氧化和死亡
为取得良好的处理效果，好氧生物处理时应控制溶解氧在2~3mg/L(二沉池出水0.5~1mg/L)为宜
所以，在厌氧生物处理反应器中决不能有分子氧存在
其他氧化态物质如SO42-、NO3-、PO43-和Fe3+等也会对厌氧生物处理产生不良影响，也应控制它们的浓度
它能破坏细胞的结构，使酶变性而失去活性
如重金属能与酶的-SH基团结和，或与蛋白质结合使之变性或沉淀
某些有毒物质在低浓度时可以成为微生物的营养
有毒物质的毒性受pH值、温度和有无其他有毒物质存在等因素的影响，在不同条件下毒性相差很大，不同的微生物对同一毒物的耐受能力也不同，具体情况应根据实验而定