在城市污水处理厂中，生物处理过程是由多种生物群体通过各式各样的生物反应过程来完成的。所有生物群体都来源于外部环境，即来源于污水、空气、土壤或处理厂内外的动物。这些生物群体包括细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物。在活性污泥系统中，构成生物群体生存压力和最终选择的因素主要包括最终电子受体的类型及利用能力、可获得的基质以及对基质的利用能力、是否具有絮凝沉淀特性、在环境温度下能否生存及生长、生长速率高低、是否具有生长悬浮能力。

参与污水生物处理过程的关键性微生物群体可以划分为以下两个类别：
（1）异养菌：利用有机物质作为营养和能源的细菌。化能有机营养菌通过复杂有机物的分解代谢获得能源和生物合成所需的中间体，直接代谢初级基质或者二级基质。这是数量明显占优的一个类别。

（2）自养菌：利用二氧化碳或碳酸盐作为唯一碳源。其中，无机化能自养菌通过氧化还原性无机物获得生长所需的能量，例如完成氨氮氧化的硝化菌，由亚硝酸菌和硝酸菌组成，这个类群只有存在溶解氧时才能增殖，厌氧和缺氧状态下均不能增殖；光能自养菌则直接利用太阳光能（例如蓝绿藻）。

根据城市污水处理系统中异养菌对硝态氮的利用能力，可以将其划分为反硝化菌和非反硝化菌：

（1）反硝化菌：通常是兼性厌氧菌，好氧和缺氧状态下均可以利用快速生物降解有机物进行增殖，厌氧状态下可以进行有机物的水解，但不能增殖。

（2）非反硝化菌：通常是好氧菌，好氧状态下可以利用快速生物降解有机物进行增殖，缺氧和厌氧状态下可以进行有机物的水解，但不能增殖。

根据城市污水处理系统中微生物对磷酸盐的去除能力，可以将其划分为聚磷菌和非聚磷菌：

（1）聚磷菌：在厌氧/好氧交替循环工艺过程的厌氧阶段，可以利用细胞内聚合磷酸盐分解所产生的能量，吸收外部的快速生物降解有机物并以高分子有机聚合物（PHA）的形式存储起来，释放出正磷酸盐，但不出现细胞增殖；如果具有反硝化能力，就能够在随后的缺氧和好氧阶段，利用存储的有机物进行产能代谢和细胞增殖，同时大量吸收外部的磷酸盐，在细胞内以聚合磷酸盐的形式存储起来。如果不具备反硝化能力，则只有在好氧状态下才能利用存储的有机物进行产能代谢、细胞增殖和磷的吸收。

（2）非聚磷菌：厌氧过程中进行有机物的水解和发酵，细胞不增殖；缺氧状态下是否利用快速生物降解有机物进行增殖取决于能否利用硝态氮；在好氧状态下能够利用快速生物降解有机物进行增殖。