微生物的呼吸是指微生物获取能量的生理功能。根据与氧气的关系，分为两大类，即好氧呼吸和厌氧呼吸。由于呼吸作用是生物氧化和还原的过程，存在着电子、原子转移，而在有机物的分解和合成过程中，都有氢原子的转移，因此，呼吸作用可按受氢体的不同来划分。分述如下：
好氧呼吸是在有分子氧(O2)参与的生物氧化，反应的最终受氢体是分子氧。好氧呼吸是营养物质进入好氧微生物细胞后，通过一系列氧化还原反应获得能量的过程。首先底物中的氢被脱氢酶活化，并从底物中脱出交给辅酶(递氢体)，同时放出电子，氧化酶利用底物放出的电子激活游离氧，活化氧与从底物中脱出的氢离子结合成水。因此，好氧呼吸过程实质上是脱氢和氧活化相结合的过程。在这过程中，同时放出能量。
根据好氧微生物的类型不同，被其氧化的底物不同，氧化产物也不同：好氧呼吸有下述两种：
(1)异养型微生物 异养型微生物以有机物为底物(电子供体)，其终点产物为二氧化碳、氨和水等无机物，同时放出能量。如式(1)和式(2)所示：
C6H1206+602—6CO2+6H20+2817.3kJ (1-1)
C11H29O7N+14O2+H+—11CO2+13H20+NH4++能量 (1-2)
有机废水的好氧生物处理，如活性污泥法、生物膜法、污泥的好氧消化等都属于这种类型的呼吸。
(2)自养型微生物 自养型微生物以无机物为底物(电子供体)，其终点产物也是无机物，同时放出能量，如式(1-3)和式(1-4)所示：
NH4++202—N3NO3-+2H+十H20+能量 (1-4)
大型合流污水沟道和污水沟道存在式（1-3)所示的生化反应，是引起沟道顶部腐蚀的原因。式(1-4)为生物脱氮工艺中的生物硝化过程。
好氧呼吸过程中，底物被氧化得比较彻底，获得的能量也较多。
厌氧呼吸是在五分子氧(O2)的情况下进行的生物氧化。厌氧微生物只有脱氢酶系统，没有氧化酶系统。在呼吸过程中，底物中的氢被脱氢酶活化，从底物中脱下来的氢经辅酶传递给除氧以外的有机物或无机物，使其还原。因此，厌氧呼吸的受氢体不是分子氧。在厌氧呼吸过程中，底物氧化不彻底，最终产物不是二氧化碳和水，而是一些较原来底物简单的化合物。这种化合物还含有相当的能量，故释放能量较少。如有机污泥的厌氧消化过程中产生的甲烷，是含有相当能量的可燃气体。
厌氧呼吸按反应过程中的最终受氢体的不同，可分为发酵和无氧呼吸。
(1)发酵 指供氢体和受氢体都是有机化合物的生物氧化作用，最终受氢体无需外加，就是供氢体的分解产物(有机物)。这种生物氧化作用不彻底，最终形成的还原性产物，是比原来底物简单的有机物，在反应过程中，释放的自由能较少，故厌氧微生物在进行生命活动过程中，为了满足能量的需要，消耗的底物要比好氧微生物的多。
总反应式：
C6H1206—2CH3CH2OH+2CO2+92.0kJ (1-5)
(2)无氧呼吸 是指以无机氧化物，如NO3-，N02-，S042-，S2O32-，CO2等代替分子氧，作为最终受氢体的生物氧化作用。如在反硝化作用中，受氢体为 N03—可用下式所示：
C6H1206+4NO3-—6CO2十6H20+2N2+1755.6kJ (1-6)
在无氧呼吸过程中，供氢体和受氢体之间也需要细胞色素等中间电子传递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，能量得以分级释放，故无氧呼吸也产生较多的能量用于生命活动。但由于有些能量随着电子转移至最终受氢体中，故释放的能量不如好氧呼吸的多。
好氧生物处理是在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物降解有机物，使其稳定、无害化的处理方法。微生物利用·废水中存在的有机污染物(以溶解状与胶体状的为主)，作为营养源进行好氧代谢。这些高能位的有机物质经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物质稳定下来，达到无害化的要求，以便返回自然环境或进一步处置。废水好氧生物处理的最终过程
(有机物被微生物摄取后，通过代谢活动，约有三分之一被分解、稳定，并提供其生理活动所需的能量；约有三分之二被转化，合成为新的原生质(细胞质)，即进行微生物自身生长繁殖。后者就是废水生物处理中的活性污泥或生物膜的增长部分，通常称其剩余活性污泥或生物膜，又称生物污泥。在废水生物处理过程中，生物污泥经固液分离后，需进行进一步处理和处置。
优点：好氧生物处理的反应速度较快，所需的反应时间较短，故处理构筑物容积较小。且处理过程中散发的臭气较少。所以，目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD浓度小于500mg／L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。
应用：在废水处理工程中，好氧生物处理法有活性污泥法和生物膜法两大类。
厌氧生物处理是在没有游离氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机化合物被降解、转化为简单的化合物，同时释放能量。在这个过程中，有机物的转化分为三部分进行：部分转化为CH4，这是一种可燃气体，可回收利用；还有部分被分解为 CO2、H20、NH3、H2S等无机物，并为细胞合成提供能量；少量有机物被转化、合成为新的原生质的组成部分。由于仅少量有机物用于合成，故相对于好氧生物处理法，其污泥增长率小得多。
优缺点：由于废水厌氧生物处理过程不需供氧，运行费用低；此外，它还具有剩余污泥量少，可回收能量(CH4)等优点。其主要缺点是反应速度较慢，反应时间较长，处理构筑物容积大等。但通过对新型构筑物的研究开发，其容积可缩小。此外，为维持较高的反应速度，需维持较高的反应温度，就要消耗能源。
应用：对于有机污泥和高浓度有机废水(一般B005≥2 000mg/L)可采用厌氧生物处理法。
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