在城市污水處理廠中，生物處理過程是由多種生物群體通過各式各樣的生物反應過程來完成的。所有生物群體都來源于外部環(huán)境，即來源于污水、空氣、土壤或處理廠內(nèi)外的動物。這些生物群體包括細菌、真菌、藻類、原生動物和后生動物。在活性污泥系統(tǒng)中，構(gòu)成生物群體生存壓力和最終選擇的因素主要包括最終電子受體的類型及利用能力、可獲得的基質(zhì)以及對基質(zhì)的利用能力、是否具有絮凝沉淀特性、在環(huán)境溫度下能否生存及生長、生長速率高低、是否具有生長懸浮能力。

參與污水生物處理過程的關(guān)鍵性微生物群體可以劃分為以下兩個類別：
（1）異養(yǎng)菌：利用有機物質(zhì)作為營養(yǎng)和能源的細菌。化能有機營養(yǎng)菌通過復雜有機物的分解代謝獲得能源和生物合成所需的中間體，直接代謝初級基質(zhì)或者二級基質(zhì)。這是數(shù)量明顯占優(yōu)的一個類別。

（2）自養(yǎng)菌：利用二氧化碳或碳酸鹽作為唯一碳源。其中，無機化能自養(yǎng)菌通過氧化還原性無機物獲得生長所需的能量，例如完成氨氮氧化的硝化菌，由亞硝酸菌和硝酸菌組成，這個類群只有存在溶解氧時才能增殖，厭氧和缺氧狀態(tài)下均不能增殖；光能自養(yǎng)菌則直接利用太陽光能（例如藍綠藻）。

根據(jù)城市污水處理系統(tǒng)中異養(yǎng)菌對硝態(tài)氮的利用能力，可以將其劃分為反硝化菌和非反硝化菌：

（1）反硝化菌：通常是兼性厭氧菌，好氧和缺氧狀態(tài)下均可以利用快速生物降解有機物進行增殖，厭氧狀態(tài)下可以進行有機物的水解，但不能增殖。

（2）非反硝化菌：通常是好氧菌，好氧狀態(tài)下可以利用快速生物降解有機物進行增殖，缺氧和厭氧狀態(tài)下可以進行有機物的水解，但不能增殖。

根據(jù)城市污水處理系統(tǒng)中微生物對磷酸鹽的去除能力，可以將其劃分為聚磷菌和非聚磷菌：

（1）聚磷菌：在厭氧/好氧交替循環(huán)工藝過程的厭氧階段，可以利用細胞內(nèi)聚合磷酸鹽分解所產(chǎn)生的能量，吸收外部的快速生物降解有機物并以高分子有機聚合物（PHA）的形式存儲起來，釋放出正磷酸鹽，但不出現(xiàn)細胞增殖；如果具有反硝化能力，就能夠在隨后的缺氧和好氧階段，利用存儲的有機物進行產(chǎn)能代謝和細胞增殖，同時大量吸收外部的磷酸鹽，在細胞內(nèi)以聚合磷酸鹽的形式存儲起來。如果不具備反硝化能力，則只有在好氧狀態(tài)下才能利用存儲的有機物進行產(chǎn)能代謝、細胞增殖和磷的吸收。

（2）非聚磷菌：厭氧過程中進行有機物的水解和發(fā)酵，細胞不增殖；缺氧狀態(tài)下是否利用快速生物降解有機物進行增殖取決于能否利用硝態(tài)氮；在好氧狀態(tài)下能夠利用快速生物降解有機物進行增殖。