根據微生物與氧分子的關系，將微生物分為好氧微生物（包括專性好氧微生物和微量好氧微生物）、兼性厭氧微生物（或叫兼性好氧）以及厭氧微生物。專性好氧微生物是指在氧分壓為（0.003～0.2）x101kPa的條件下生長繁殖良好的微生物。厭氧微生物包括專性厭氧微生物和兼性厭氧微生物。專性厭氧微生物是指只能在氧分壓小于0.005x101kPa的瓊脂表面生長的微生物。而兼性厭氧微生物是指既可在有氧條件下，又可在無氧條件下生長的微生物。這三種類型微生物對氧的反應不同。
好氧微生物與氧的關系在有氧存在的條件下才能生長的微生物叫好氧微生物。大多數細菌（芽孢桿菌、假單胞菌屬、動膠菌屬、黃桿菌屬、微球菌屬、無色桿菌屬、球衣菌屬、根瘤菌、固氮菌、硝化細菌、硫化細菌、無色硫黃細菌）、大多數放線菌、霉菌、原生動物、微型后生動物等都屬于好氧性徵生物。
好氧微生物利用分子氧進行好氧呼吸獲得能量。藍細菌和藻類等白天進行光合作用，從陽光中獲得能量，合成有機物，放出氧；夜間和陰天則利用氧進行好氧呼吸，分解自身物質獲得能量。氧對好氧微生物有兩個作用：a.作為微生物好氧呼吸的最終電子受體；b.參與甾醇類和不飽和脂肪酸的生物合成。好氧微生物和微量好氧微生物需要氧分子作為呼吸的最終電子受體，并參與部分物質合成，因此它們必須在有氧的條件下才能正常生長繁殖。
好氧微生物需要的是溶于水的氧，即溶解氧。氧在水中的溶解度與水溫及大氣壓有關。低溫時，氧的溶解度大；高溫時，氧的溶解度小。以純水為例，0℃時溶解氧的質量濃度為14mg／L；10℃時溶解氧的質量濃度為7.7mg／L。含有機物的廢水，由于微生物的作用，其中溶解氧濃度較低。冬季水溫低，污（廢）水好氧生物處理中溶解氧量能保證供應。夏季水溫高，氧不易溶于水，常造成供氧不足。常因夏季缺氧，促使適合低溶解氧生長的絲狀細菌（如微量好氧的發硫菌和貝日阿托菌等）優勢生長，從而造成活性污泥絲狀膨脹。
好氧微生物需要供給充足的溶解氧。在污水生物處理中需要設置充氧設備充氧，例如，通過表面葉輪機械攪拌、鼓風曝氣、壓縮空氣曝氣、溶氣釋放器曝氣、射流器曝氣等方式充氧。在試驗中可用振蕩器（搖床）充氧。充氧量與好氧微生物的生長量、有機物濃度等成正相關性。因此，在廢水生物處理中，溶解氧的供給量要根據好氧微生物的數量、生理特性、基質性質及濃度等綜合考慮。例如，污水好氧生物處理進水的BOD5為200～300mg／L，曝氣池混合液懸浮固體（MLSS）的質量濃度為2～3g／L時，溶解氧的濃度要維持在2mg／L以上。經伍赫爾曼（Wuhrmain）研究，曝氣池中溶解氧的質量濃度在2mg／L時，直徑為500μm的絮凝體中心點處溶解氧的質量濃度只有0.1mg／L，僅有絮凝體表面的微生物得到較多的溶解氧，絮凝體內多數微生物處于缺氧狀態。
因此，溶解氧的質量濃度維持在3～4mg／L為宜。若供氧不足，活性污泥性能較差，導致廢水處理效果下降。好氧微生物中有一些是微量好氧的，它們在溶解氧的質量濃度為0.5mg／L左右時生長最好。微量好氧微生物有貝日阿托菌、發硫菌、浮游球衣菌（在充氧充足和缺氧條件下均可生長良好）、游動性纖毛蟲（扭頭蟲、棘尾蟲、草履蟲）及微型后生動物（如線蟲）等。
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