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根據代謝過程對氧的需求情況，微生物可分為好氧微生物、厭氧微生物和兼性微生物。因此，相應的污水處理工藝也可據此分類。好氧生物處理是利用好氧微生物的代謝活動來處理污水，它需要不斷向廢水中補充大量的空氣，以維持其中好氧微生物所需要的溶解氧濃度。在好氧條件下，有機物zui終氧化為誰和二氧化碳等，部分有機物被微生物同化產生新的微生物細胞。厭氧生物處理是利用厭氧微生物的代謝過程，無需提供氧氣，即把有機物轉化為無機物和少量的細胞物質，這些無機物包括大量生物氣（CH4）和水。而兼性生物廣泛地存在于上述兩種處理方法中。
一、好氧生物處理法
好氧生物處理法是污水生物處理廣泛使用的一種方法。按傳統好氧生物處理法又分為活性污泥法和生物膜法兩類。活性污泥法本身就是一種處理單元，它有多種運行方式，例如活性污泥法（A/0、A2O）、序批式活性污泥法（SBR）、循環式活性污泥法（CASS）等。生物膜法又生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化池和生物流化床。
二、厭氧生物處理法
厭氧生物處理法又稱生物還原處理法，主要用于處理高濃度的有機污水和污泥，使用的處理設備主要是厭氧反應器，現已有很多應用于高濃度有機污水中，例如厭氧過濾器（AF）、上流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧流化床反應器（AFBR）、厭氧折流板反應器（ABR）和內循環厭氧反應器（IC）等。
三、自然生物處理法
自然生物處理法也稱為生態處理，是獨立于好氧生物處理和厭氧生物處理之外的廢水生物處理方法，其中往往存在好氧、兼性和厭氧微生物的共生體系。自然生物處理，包括穩定塘（氧化塘）處理、土地處理和介于兩者之間的濕地處理。氧化塘有好氧塘、兼性塘、厭氧塘、曝氣塘和水生植物塘之分；土地處理法有漫流法、滲濾法、灌溉法及毛細管法等。
廢水中的有機污染物是多種多樣的，為達到相應的處理要求，往往需要通過由幾種方法和幾個處理單元組成相關系統進行綜合處理。
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