1、生物脱氮
反硝化细菌在缺氧条件下,还原硝酸盐,释放出分子态氮（N2）或一氧化二氮（N2O）的过程.微生物和植物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途,一是利用其中的氮作为氮源,称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮.许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养.另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体,把硝酸还原成氮（N2）,称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑.能进行反硝化作用的只有少数细菌,这个生理群称为反硝化菌.大部分反硝化细菌是异养菌,例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等,它们以有机物为氮源和能源,进行无氧呼吸,其生化过程可用下式表示：
C6H12O6+12NO3-→6H2O+6CO2+12NO2-+能量
CH3COOH+8NO3-→6H2O+10CO2+4N2+8OH-+能量
少数反硝化细菌为自养菌,如脱氮硫杆菌,它们氧化硫或硝酸盐获得能量,同化二氧化碳,以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体.可进行以下反应：
5S+6KNO3+2H2O→3N2+K2SO4+4KHSO4
反硝化作用使硝酸盐还原成氮气,从而降低了土壤中氮素营养的含量,对农业生产不利.农业上常进行中耕松土,以防止反硝化作用.反硝化作用是氮素循环中不可缺少的环节,可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少,消除因硝酸积累对生物的毒害作用.
2.生物除磷
1）生物除磷只要由一类统称为聚磷菌的微生物完成,由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物,使得聚磷菌在生物除磷系统中具备了竞争的优势.
2）在厌氧状态下,兼性菌将溶解性有机物转化成挥发性脂肪酸；聚磷菌把细胞内聚磷水解为正酸盐,并从中获得能量,吸收污水中的易讲解的COD,同化成细胞内碳能源存贮物聚β-羟基丁酸或β-羟基戊酸等
3）在好氧或缺氧条件下,聚磷菌以分子氧或化合态氧作为电子受体,氧化代谢内贮物质PHB 或PHV等,并产生能量,过量地从无水中摄取磷酸盐,能量以高能物质ATP的形式存贮,其中一部分有转化为聚磷,作为能量贮于胞内,通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的
