1、生物脫氮
反硝化細(xì)菌在缺氧條件下,還原硝酸鹽,釋放出分子態(tài)氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的過程.微生物和植物吸收利用硝酸鹽有兩種完全不同的用途,一是利用其中的氮作為氮源,稱為同化性硝酸還原作用：NO3-→NH4+→有機(jī)態(tài)氮.許多細(xì)菌、放線菌和霉菌能利用硝酸鹽做為氮素營(yíng)養(yǎng).另一用途是利用NO2-和NO3-為呼吸作用的最終電子受體,把硝酸還原成氮（N2）,稱為反硝化作用或脫氮作用：NO3-→NO2-→N2↑.能進(jìn)行反硝化作用的只有少數(shù)細(xì)菌,這個(gè)生理群稱為反硝化菌.大部分反硝化細(xì)菌是異養(yǎng)菌,例如脫氮小球菌、反硝化假單胞菌等,它們以有機(jī)物為氮源和能源,進(jìn)行無氧呼吸,其生化過程可用下式表示： 　　
C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量 　　
CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量 　　
少數(shù)反硝化細(xì)菌為自養(yǎng)菌,如脫氮硫桿菌,它們氧化硫或硝酸鹽獲得能量,同化二氧化碳,以硝酸鹽為呼吸作用的最終電子受體.可進(jìn)行以下反應(yīng)： 　　
5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4 　　
反硝化作用使硝酸鹽還原成氮?dú)?從而降低了土壤中氮素營(yíng)養(yǎng)的含量,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利.農(nóng)業(yè)上常進(jìn)行中耕松土,以防止反硝化作用.反硝化作用是氮素循環(huán)中不可缺少的環(huán)節(jié),可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-減少,消除因硝酸積累對(duì)生物的毒害作用.
2.生物除磷
1）生物除磷只要由一類統(tǒng)稱為聚磷菌的微生物完成,由于聚磷菌能在厭氧狀態(tài)下同化發(fā)酵產(chǎn)物,使得聚磷菌在生物除磷系統(tǒng)中具備了競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì).
2）在厭氧狀態(tài)下,兼性菌將溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性脂肪酸；聚磷菌把細(xì)胞內(nèi)聚磷水解為正酸鹽,并從中獲得能量,吸收污水中的易講解的COD,同化成細(xì)胞內(nèi)碳能源存貯物聚β-羥基丁酸或β-羥基戊酸等
3）在好氧或缺氧條件下,聚磷菌以分子氧或化合態(tài)氧作為電子受體,氧化代謝內(nèi)貯物質(zhì)PHB或PHV等,并產(chǎn)生能量,過量地從無水中攝取磷酸鹽,能量以高能物質(zhì)ATP的形式存貯,其中一部分有轉(zhuǎn)化為聚磷,作為能量貯于胞內(nèi),通過剩余污泥的排放實(shí)現(xiàn)高效生物除磷目的