原因：微生物數量大，進行新陳代謝會利用或消耗有毒物質，微生物界各種細菌用各種C、N源。特點：經濟高效省時省事
微生物在污水生物處理中的作用
一、污水生物處理的特征
（一）、污水與污水生物處理
污水中的污染物質成分極其復雜。一般生活污水的主要成分是代謝廢物和食物殘渣。工業廢水可能含有較多的金屬、酚類、甲醛等化學物質。此外污水中還含有大量非病原微生物和少量病原菌及病毒。污水的生物處理就是以污水中的混合微生物群體作為工作主體，對污水中的各種有機污染物進行吸收、轉化，同時通過擴散、吸附、凝聚、氧化分解、沉淀等作用，以去除水中的污染物。因此，污水生物處理實際上是水體自凈的強化，不同的是，在去除了污水中的污染物后，必須將微生物從出水中分離出來，這種分離主要是通過微生物本身的絮凝和原生動物、輪蟲等的吞食作用完成的。
（二）、生化需氧量及生物處理的應用
在污水處理中，通常是以有機物在氧化過程中所消耗的氧量這一綜合性指標來表示有機污染物的濃度，如生化需氧量（BOD）和化學需氧量（COD）。生化需氧量是指在特定的溫度和時間（通常這5 d、20℃下，微生物分解污水中有機物所消耗的氧量，稱為BOD5。BOD5約占生化需氧總量的2/3，故采用BOD5來表示污水中可降解有機物的濃度是比較合適的。但污水中有機物并不是都能較快降解的，在工業廢水中，可以結合COD等指標表示有機污染物的濃度。
只有BOD高的廢水才適宜采用生物處理，COD很高但BOD不高的廢水不宜采用生物處理。對于有毒的廢水，只要毒物能降解，就可用生物法處理，關鍵是控制毒物濃度和馴化微生物。
（三）、污水生物處理的效果
污水經過生物處理后，其中的雜質和污染物質能以某種形式（如生物絮凝作用）被分離除去，或被轉為無害的物質。例如，城市生活污水經生物處理后，活性污泥法的BOD和SS（懸浮性固體）去除率都在90%左右；生物濾池法BOD去除率在80%、SS去除率在90%左右。
生物處理還能減少城市污水中的病原微生物和病毒，但濃度仍然較高，因此，出水和剩余污泥都要消毒。
二、污水生物處理方法
根據微生物對O2的需求不同，污水生物處理可分為好氧處理和厭氧處理兩大類。根據構筑物的不同類型以可分為多種方法（表10-1）。
（一）、好氧生物處理
好氧生物處理是在水中有溶解氧存在的條件下，借好氧和兼性厭氧微生物（其中主要是好氧菌）的作用來進行的。在處理過程中，絕大多數的有機物都能被相應的微生物氧化分解。整個好氧分解過程可分為兩個階段。第一階段，主要是有機物被轉化為CO2、H2O、NH3等；第二階段，主要是NH3轉化為NO2和NO3。
用好氧法處理污水，基本上沒有臭氣，處理所需的時間比較短，如果條件適宜，一般可去除BOD580～90%以上。
根據處理構筑物的不同，好氧生物處理的方法可分為活性污泥法、生物膜法、氧化塘等。其中活性污泥法和生物膜法應用最廣泛。
（二）厭氧生物處理
套氧生物處理是在無氧的條件下，借厭氧和兼性厭氧微生物（其中主要是厭氧菌）的作用來分解污水中有機物的，也稱厭氧消化或厭氧發酵。
有機物厭氧分解的錢過程是由三類生理上完全不同的細菌分三個階段完成的（圖10-4）。第一階段，復雜有機物如纖維素、蛋白質、脂肪等在微生物作用下降解為簡單的有機物如糧類、有機酸、醇等，是水解、發酵階段；第二階段，由產氫產乙酸細菌群將有機酸等轉化成乙酸、H2及CO2，為產氫產乙酸階段；第三階段，在產甲烷細菌作用下將乙酸（包括甲酸）、CO2、H2轉化為CH4，是產甲烷階段。
厭氧生物處理主要應用于有機污泥和高濃度有機污水的處理。由于是密閉發酵，所以在處理過程中不影響周圍環境；同時隔絕空氣又加以高溫發酵，可以釘死寄生蟲卵和致病菌；并且可以產生生物能源甲烷。因此厭氧消化法近年來漸漸受到重視，但由于所需時間長，對設備要求嚴格，因而影響其迅速推廣。
三、污水生物處理中的微生物群落及其作用
（一）、活性污泥微生物群落及其作用
活性污泥是指由細菌、微型動物為主的微生物與膠體物質、懸浮物質等混雜在一起形成的，具有很強吸附分解有機物的能力和良好沉降性能的絨絮狀顆粒?；钚晕勰嘀猩嬷鞣N微生物，構成了復雜的微生物群落。其中主要的微生物是細菌（以好氧性異養菌為主）和原生動物，此外尚有酵母菌、絲狀霉菌、單胞藻類、輪蟲線蟲等。
1、活性污泥中的細菌及其作用 活性污泥中細菌的數量約為108～109
個/ mL，它們是去除水中有機污染物的主力軍。最常出現的優勢種群是：產堿桿菌屬、芽孢桿菌屬、黃桿菌屬、假單孢菌屬、動膠菌屬，其次尚有無色桿菌、諾卡氏菌、蛭弧菌、分枝蒜苗、硝化細菌、大腸埃希氏菌等。它們全部是化能異養菌，多數為革蘭氏陰性菌，可以有效地分解廢水中的有機污染物。
在活性污泥形成初期，細菌多以游離態存在，隨著活性污泥的成熟，菌膠團細菌分泌胞外聚合物（蛋白質、核酸、多糧等）形成細纖維狀的胞間物質，然后通過它們相互糾纏作用而形成菌膠團絮狀物，隨后絲狀細菌、霉菌、原生動物等交織附著其上，形成活性污泥絨絮狀顆粒，這個過程稱為生物絮凝作用。因此，菌膠團是活性污泥的結構和功能中心，由于其巨大的表面積和粘性，使活性污泥具有魏吸附和分解有機物的能力，同時菌體包埋在絮狀體中，可避免原生動物的吞噬；絮狀體的形成，又為固著生長的微生物提供了附著和棲息的場所，這就為水處理微生物的自下而上和發展提供了方便；更重要的是，絮凝使活性污泥具有了良好的沉降性能，利于二沉池中泥水分離。
活性污泥中的絲狀細菌，如球衣細菌、貝氏硫菌、線硫菌，它們附著于污泥或與菌膠團交織而構成活性污泥的骨架。但若污水中含有大量碳水化合物，低氧和有機物濃度過高低時，都會引起絲狀細菌大量繁殖而造成污泥結構極度松散，污泥因浮力增加而上浮，產生污泥膨脹現象，降低處理效果。
2、活性污泥中的原生動物及其作用
活性污泥中原生動物在數量和種類上僅次于細菌，常見的優勢種是纖毛類。它們主要附聚在污泥表面。其作用在于。（1）有些原生動物（如變形蟲）能吞噬水中有機顆粒，對污水有直接凈化作用；（2）某些原生動物（如纖毛蟲）能分泌糧類物質，可促進生物絮凝作用；（3）吞食游離細菌，有利于改善出水水質；（4）可作為污水凈化的指生物。
在活性污泥的培養和馴化階段中，原生動物按一定的順序出現。在運行初期曝氣池中常出現鞭毛蟲和肉足蟲。若鐘蟲出現且數量較多，剛說明活性污泥已成熟，充氧正常。若固著型纖毛蟲減少，游泳型纖毛蟲突然增加，說明污水處理運轉不正常。因此，根據污水中微生物的活動規律就可以判斷水質和污（廢）水處理程度，因為隨著水質條件（營養、溫度、pH值、溶解氧）的變化，細菌與佩型動物的種類和數量出發生一定的變化并遵循一定的演替規律（圖10-5）：細菌→植鞭蟲→動鞭蟲→變形蟲→游泳型纖毛蟲、吸管蟲→固著型纖毛蟲→輪蟲。
（二）生物膜中的微生物群落及其作用
當污水通過濾料時，在濾料表面逐漸形成一層粘膜，粘膜中生長著各種微生物，這層粘膜就是生物膜。生物膜有巨大的表面積，能吸附污水中呈各種狀態的有機物，具有非常強的氧化能力。
生物膜中常見的微生物：主要組成菌有好氧的芽孢桿菌、不動桿菌、專性厭氧的脫硫弧菌以及假單孢菌、產堿桿菌、黃桿菌、無色桿菌、微球菌和動膠菌等兼性菌，這些細菌互相粘連構成菌膠團，擔負著主要的氧化分解有機物的任務，生物膜上的絲狀細菌有球衣細菌、貝氏硫菌等，它們降解有機物的能力極強，在量生長的菌絲體交織粘輻形成層層的網狀結構，對水水具有過濾作用，被處理水中的懸浮物被絲狀菌網吸附截留，出水變得澄清，同時菌絲的交織作用又可使膜塊的機械強度增加，不易脫落更新，但絲狀細菌過速生長會堵塞濾池，影響凈化過程的正常進行；生物膜中出現較多的真菌是鐮刀霉、曲霉、地霉、枝孢霉、青霉及酵母菌、霉菌可形成類似絲狀細菌的網狀結構；藻類僅生長在生物膜表面見光處，主要有小球藻、席藻、絲藻等過度生長，會覆蓋濾池表面，影響水流暢通；原生動物主要是鐘蟲、累枝蟲、蓋纖蟲和草履蟲等纖毛蟲，它們能提高生物濾池的凈化程度和效率；此外尚有輪蟲、線蟲、沙蠶等后生動物去除池內污泥，能防止污泥積聚、抑制生物膜過速生長，保持生物膜的好氧狀態，對廢水凈化有良好作用。
生物膜上微生物的生態演替主要受溶解氧和營養的制約。從膜面到膜內，微生物按好氧化發發→ 兼性→厭氧的順序出現；從濾池的上層到下層，有機物濃度逐漸降低，優勢種以菌膠團細菌→絲狀細菌、鞭毛蟲、游泳型纖毛蟲→固著型纖毛蟲、輪蟲的序列出現。因此，通過觀察各區段微生物種類的演替情況，有可能判斷出廢水濃度的變化或污泥負荷的變化。
四、污水處理的菌種培養及其對水質要求
（一）菌種培養方法
1、生物膜 的培養和馴化
生物濾池投入運轉初期，必須培養和馴化生物膜。這個過程一方面是使微生物在濾料表面生長繁殖，掛上生物膜；另一方面是使生物膜上的微生物產生一定的變異，能逐漸適應處理的污（廢）水的水質，也就是訓化。培養與馴化的方法有以下幾種：
（1）先將生活污水送入濾池，生物膜在濾料上形成后，逐漸投加準備處理的工業廢水，對生物膜加以馴化。
（2）將生活污水與待處理的工業廢水混合送入濾池，工業廢水混入比例逐漸增大，使掛膜與馴化結合起來同時進行。
（3）用其他污水處理廠的活性污泥或生物膜進行接種培養，并以逐漸增大準備處理的工業廢水投量的方式加以馴化。
2、活性污泥的培養與馴化
活性污泥法處理污水的首要問題是要在曝氣池運行投產前，準備好足夠數量具有處理某種污水能力的活性污泥。培養與馴化方法如下：
（1）將附近同類型污水處理廠成熟的活性污泥取來直接使用。該方法最簡便。
（2）采用生活污水和糞便水曝氣培養，再用需處理的廢水馴化。該法較常用但所需時間長。
（3）在用生活污水、糞便水培養活性污泥的同時，逐漸加入待處理的工業廢水，使培養與馴化同時進行，縮短馴化時間。
活性污泥培養成熟的標志是：具有良好的凝聚、沉淀性能；污泥中有大量的菌膠團和纖毛類原生動物；菌膠團顏色較淺、無色透明、結構緊密，游離細菌少，固著型纖毛類占優勢；可使BOD5去除率達到底0%左右。
（二）污水生物處理對水質的要求
污水生物處理是利用微生物的作用來完成的，因此要給微生物的生長繁殖創造適宜的環境條件。在污水生物處理中，水質條件極重要。
1、pH值 好氧生物處理，pH應保持在6～9范圍內。厭氧生物處理，pH應保持在6.5～8之間。PH過低、過高的污水在進入處理裝置時應先行調整pH值。在運行期間，pH不能突然變化太大，以防微生物生長繁殖受到抑制或死亡，影響處理效果。
2、溫度 一般好氧生物處理要求水溫在20～40℃之間。污泥的厭氧消化需利用高溫微生物進行厭氧發酵，溫度應提高至50～60℃之間。
3、營養 微生物的生長繁殖需要各種營養。好氧微生物群體要求BOD5（C）：N：P=100：5：1，厭氧微生物群體要求BOD5（C）：N：P=100：6：1。城市生活污水能滿足活性污泥的營養要求，但工業廢水除有機物外一般缺乏某些養料，特別是N和P，故這類污水進行生物處理時，需要投加生活污水、糞尿、或氮、磷化合物。但如果工業廢水不缺營養，切勿添加上述物質，否則會導致反馴化。
此外，尚需要考慮污水所含的有機物濃度過高過低皆不宜。一般來說，好氧生物處理法進水有機質濃度不宜超過BOD5500～1000mg/L，不低于50～100mg/L；厭氧生物處理高濃度有機污水，BOD5可高達5000～10000mg/L甚至20000 mg/L。
4、有毒物質 工業廢水中往往含有許多有毒物質，如重金屬、H2S、氰、酚等。雖然所有初次接種到某種廢水中的微生物群體（活性污泥或生物膜）在培養馴化中都已經歷了自然篩選過程，剩下的細菌中絕大部分都是以該種廢水中污染物質為主要營養的降解菌，但當污水中的有毒物質超過一定濃度時，仍能破壞微生物的正常代謝。影響污水生物處理效果。因此，對某種污水進行生物處理是，必須根據具體情況確定處理方法，必要時通過試驗，以確定生物處理中毒物的容許濃度（表10-2所列數字公供參考）。同時，加強微生物馴化以提高對毒物的碉受力。
5、溶解氧 好氧生物處理要保證供應充足的氧氣。否則會使處理效果明顯下降，甚至造成局部厭氧分解，使曝氣池污泥上浮，生物濾池或生物轉盤上的生物膜大量脫落。但溶解氧過多，也不利于生物處理。