根据微生物与氧分子的关系，将微生物分为好氧微生物（包括专性好氧微生物和微量好氧微生物）、兼性厌氧微生物（或叫兼性好氧）以及厌氧微生物。专性好氧微生物是指在氧分压为（0.003～0.2）x101kPa的条件下生长繁殖良好的微生物。厌氧微生物包括专性厌氧微生物和兼性厌氧微生物。专性厌氧微生物是指只能在氧分压小于0.005x101kPa的琼脂表面生长的微生物。而兼性厌氧微生物是指既可在有氧条件下，又可在无氧条件下生长的微生物。这三种类型微生物对氧的反应不同。
好氧微生物与氧的关系在有氧存在的条件下才能生长的微生物叫好氧微生物。大多数细菌（芽孢杆菌、假单胞菌属、动胶菌属、黄杆菌属、微球菌属、无色杆菌属、球衣菌属、根瘤菌、固氮菌、硝化细菌、硫化细菌、无色硫黄细菌）、大多数放线菌、霉菌、原生动物、微型后生动物等都属于好氧性徵生物。
好氧微生物利用分子氧进行好氧呼吸获得能量。蓝细菌和藻类等白天进行光合作用，从阳光中获得能量，合成有机物，放出氧；夜间和阴天则利用氧进行好氧呼吸，分解自身物质获得能量。氧对好氧微生物有两个作用：a.作为微生物好氧呼吸的最终电子受体；b.参与甾醇类和不饱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为呼吸的最终电子受体，并参与部分物质合成，因此它们必须在有氧的条件下才能正常生长繁殖。
好氧微生物需要的是溶于水的氧，即溶解氧。氧在水中的溶解度与水温及大气压有关。低温时，氧的溶解度大；高温时，氧的溶解度小。以纯水为例，0℃时溶解氧的质量浓度为14mg／L；10℃时溶解氧的质量浓度为7.7mg／L。含有机物的废水，由于微生物的作用，其中溶解氧浓度较低。冬季水温低，污（废）水好氧生物处理中溶解氧量能保证供应。夏季水温高，氧不易溶于水，常造成供氧不足。常因夏季缺氧，促使适合低溶解氧生长的丝状细菌（如微量好氧的发硫菌和贝日阿托菌等）优势生长，从而造成活性污泥丝状膨胀。
好氧微生物需要供给充足的溶解氧。在污水生物处理中需要设置充氧设备充氧，例如，通过表面叶轮机械搅拌、鼓风曝气、压缩空气曝气、溶气释放器曝气、射流器曝气等方式充氧。在试验中可用振荡器（摇床）充氧。充氧量与好氧微生物的生长量、有机物浓度等成正相关性。因此，在废水生物处理中，溶解氧的供给量要根据好氧微生物的数量、生理特性、基质性质及浓度等综合考虑。例如，污水好氧生物处理进水的BOD5为200～300mg／L，曝气池混合液悬浮固体（MLSS）的质量浓度为2～3g／L时，溶解氧的浓度要维持在2mg／L以上。经伍赫尔曼（Wuhrmain）研究，曝气池中溶解氧的质量浓度在2mg／L时，直径为500μm的絮凝体中心点处溶解氧的质量浓度只有0.1mg／L，仅有絮凝体表面的微生物得到较多的溶解氧，絮凝体内多数微生物处于缺氧状态。
因此，溶解氧的质量浓度维持在3～4mg／L为宜。若供氧不足，活性污泥性能较差，导致废水处理效果下降。好氧微生物中有一些是微量好氧的，它们在溶解氧的质量浓度为0.5mg／L左右时生长最好。微量好氧微生物有贝日阿托菌、发硫菌、浮游球衣菌（在充氧充足和缺氧条件下均可生长良好）、游动性纤毛虫（扭头虫、棘尾虫、草履虫）及微型后生动物（如线虫）等。
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