在污水处理里，微生物凭借自身代谢活动，把污水里的污染物转化为无害物质，起到净化水质的作用，其作用机制主要体现在以下方面：

　　分解有机物

　　好氧分解：在有氧条件下，好氧微生物通过有氧呼吸作用分解有机物。它们利用氧气作为电子受体，将污水中的糖类、蛋白质、脂肪等复杂有机物逐步分解为二氧化碳和水，并释放出能量。例如，芽孢杆菌、假单胞菌等细菌能够分泌胞外酶，将大分子有机物分解为小分子可溶性物质，然后吸收到细胞内进行进一步的代谢。

　　好氧分解过程速度快、效率高，能显著降低污水中有机物的含量，是污水处理中常用的方法，常用于活性污泥法和生物膜法等工艺。

　　厌氧分解：在无氧条件下，厌氧微生物通过发酵、产氢产乙酸和产甲烷等过程分解有机物。发酵阶段，一些细菌将复杂有机物分解为简单的有机酸、醇类等中间产物；接着产氢产乙酸菌将这些中间产物进一步转化为乙酸、氢气和二氧化碳；最后产甲烷菌利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。像甲烷杆菌等厌氧菌参与其中，厌氧分解常用于处理高浓度有机废水，如污泥消化和工业有机废水处理，还能产生沼气作为能源。

　　去除氮素

　　氨化作用：污水中的含氮有机物，如蛋白质、尿素等，在氨化微生物（主要是细菌，如变形杆菌、枯草芽孢杆菌等）的作用下分解产生氨（$NH_3$）。这些微生物分泌的酶能将有机氮化合物分解，释放出氨，使污水中的氮以氨的形式存在，为后续的硝化作用提供底物。

　　硝化作用：在好氧条件下，硝化细菌（包括亚硝酸菌和硝酸菌）将氨逐步氧化为亚硝酸盐和硝酸盐。亚硝酸菌先将氨氧化为亚硝酸盐，硝酸菌再将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐。这一过程需要充足的氧气和合适的酸碱度环境，硝化作用使污水中的氨氮转化为相对稳定的硝酸盐形式，降低了氨氮的毒性。

　　反硝化作用：在缺氧条件下，反硝化细菌（如假单胞菌属、芽孢杆菌属等）将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气（$N_2$）。

　　反硝化细菌利用污水中的有机物作为碳源和电子供体，将硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体，通过一系列的酶促反应将其还原为氮气，从而将污水中的氮以气体形式去除，达到脱氮的目的。

　　去除磷素

　　聚磷菌的作用：聚磷菌在好氧条件下，能够过量摄取污水中的磷，并将其以聚合磷酸盐的形式储存于细胞内。在厌氧条件下，聚磷菌会释放出储存的磷，同时分解细胞内的聚磷酸盐和糖原等内含物，产生能量用于吸收污水中的挥发性脂肪酸等有机物，并将其转化为胞内碳源储存物。

　　通过这种在好氧和厌氧条件下的交替运行，聚磷菌在好氧阶段大量摄取磷，而在排放剩余污泥时，将富含磷的聚磷菌排出系统，从而达到去除污水中磷的目的。常用于生物除磷工艺，如A?/O工艺等。

　　降解有毒有害物质

　　微生物的适应与代谢：一些微生物具有一定的适应能力，能够在含有有毒有害物质的环境中生存，并通过自身的代谢活动对这些物质进行降解。例如，某些细菌和真菌能够降解农药、石油烃类、多环芳烃等难降解的有机污染物。它们通过产生特定的酶，将这些有毒物质逐步分解为小分子的无害物质。

　　微生物还可以对重金属进行一定的处理，如一些细菌能够通过吸附、沉淀、转化等作用降低重金属的毒性，将重金属离子转化为难溶性的沉淀物，从而减少其在水中的溶解度。