污水生物处理工艺分好氧工艺和厌氧工艺，这两类工艺各有其优缺点。随着生物处理技术的发展，作为生物处理的主角仍是微生物。如何能使好氧生物处理工艺提高污泥浓度，减少氧的消耗‘如何使厌氧生物处理工艺缩短处理时间和提高处理负荷，是值得进一步研究的课题。各种类型有机污染物的厌氧（缺氧）、好氧降解反应过程汇总如下。
好氧（微需氧）过程 厌氧（缺氧）过程
（1）COD→H2O+CO2 （2）COD→CH4+CO2
传统好氧工艺 传统厌氧工艺
（3）NH4+→NO3- （4）NO3-→N2
硝化工艺 反硝化或缺氧工艺
（5）H2S→S0 （6）SO42-→H2S
微需氧或好氧工艺 厌氧反应
（7）R-Cl→CO2+Cl- （8）R3CCl→CH4+CO2+Cl-
好氧反应 厌氧反应
从化学反应式（1）-（8）来看，除反应式（1）、（2）为传统的好氧和厌氧工艺外，其他均为兼性菌的反应。人们过去对于好氧微生物和专性厌氧微生物研究十分充分，而对兼氧性微生物的研究不够。
事实上，利用兼性细菌的工艺人们已开始有所涉及。如，对去除N、P的A2O或AO工艺（反应式（3）、（4）），是利用了兼性菌在好氧条件下进行好氧代谢，而在厌氧条件下进行不同代谢反应的工艺。在含有硫酸盐的有机废水中，厌氧反应将有机物和硫酸盐分别转化为有机酸和硫化氢（反应式（6）），产生的硫化氢被微需氧细菌直接氧化为硫元素。这可以用来去除硫化物并回收硫元素（反应式（5））。最新研究表明，一些在好氧状态下难降解芳香族和卤代烃在厌氧条件下容易分解（反应式（7）、（8））。
以上反应是一些新工艺的化学反应基础，其基本原理是新工艺开发的基础和生长点。例如，目前国际和国内上流行的AB工艺和序批式活性污泥（SBR）工艺。前者是在A段的高吸附段发生了水解和部分酸化反应，大分子物质降解为小分子物质，所以使得整个工艺的效率大为提高。对于后者而言，在SBR的反应过程同样经历了好氧-缺氧和厌氧的过程。
成功地利用兼性微生物的典型工艺是由北京市环境保护研究院在20世纪80年代开发的水解-好氧生物处理工艺。水解池利用水解和产酸微生物，将污水中的固体、大分子和不易生物降解的有机物降解为易于生物降解的小分子有机物，使得污水在后续的好氧单元以较少的能耗和较短的停留时间下得到处理。采用水解-活性污泥法与传统的活性污泥相比，其基建投资、能耗和运行费用可分别节省30%左右。由于水解池具有改善污水可生化性的特点，使得本工艺不仅适用于易于生物降解的城市污水等，同时更加适用于处理不易生物降解的某些工业废水，如纺织废水，印染废水，焦化废水，酿酒废水，化工废水，造纸废水等。