6.1.3.2 细菌生长繁殖曲线和BOD曲线
细菌通过不断呼吸而生长，又通过不断分裂的方式而繁殖（在适宜的环境条件下每20～30分钟分裂一次）。将少量细菌接种于一定量的培养基内，在适宜温度下培养，定时测定其数量，则可得到细菌的生长和繁殖曲线如图6－2所示。细菌的生长和繁殖可粗分为三个阶段：第一阶段是对数生长阶段，即生长率上升阶段。其初期（也称诱导期），细菌有一个适应新环境的过程，一般只生长不繁殖。此后细菌迅速繁殖，这时为繁殖所需的食料供应是充分的，而细菌的生长却受自身生理机能的限制。对数生长阶段临近结束时，细菌生长率最大，它们对培养基中有机物的分解速率也最快。在对数生长阶段中细菌数的对数与时间呈直线关系，
式中 N0——在时间t=0时，每单位体积内细菌个数；Nt——在时间t时，每单位体积内细菌个数；k0—对数生长速率常数。
如果每一个细菌都具有相同大小的质量，则单位体积内活性微生物总质量M符合下列关系式：
细菌繁殖的第二阶段是生长率下降阶段，由于培养基中食料逐渐减少，细菌排泄物积累，从而影响了细菌的生长率。第三阶段是内源呼吸阶段，培养基中所含食料已所剩无几，菌体内贮存物甚至体内酶都被当作营养物质以维持菌体生命。最后细菌进入衰老死亡时期，但在体内还可保留一定的残留细胞。
取实际水样，测定其随时间变化的BOD值，可得到如图6－3所示的BOD曲线。图中，BOD5和BODu（最终生化需氧量，一般写作BOD20表示20天期间的耗氧量）代表细菌降解水样中有机碳化合物所需氧量，特用碳化需氧量CBOD表示。硝化需氧量NOD则表示有机氮化合物被氨化细菌无机化为NH4 及随后又由硝化细菌将NH4 氧化为NO2-、NO3-的需氧总量。当存在诱导期时，BOD曲线起始处会出现一个少量耗氧区段（图中未显示），在这个生化反应预备阶段，因细菌生长所需而消耗少量溶解氧。此外，水样中含有一些无机还原性物质（如Fe2 、S2-、SO32-等），对这一阶段的BOD值也有一些贡献。这两方面因素引起的耗氧被称为瞬时需氧量（IDOD）。为了在BOD试验中将CBOD和NOD区分开来，可取另一培养瓶，外加10mg/L2-氯-6-（三氯甲基）吡啶试剂作同样的BOD测定，该试剂是NOD测定的抑制剂，而对CBOD测定无影响，所以测得结果是单纯的CBOD值。
6.1.3.3 生化需氧过程中的生物系统和生化反应
生化需氧过程中的生物系统可用图6－4表示。从这个图中我们可以看到，在生化需氧过程中，细菌和原生动物（原生动物以吞食细菌为生）所起的主导作用，以及其他各组分之间的相互转换关系。一般，如水样中除细菌外没有别的微生物，则在24～48小时处细菌增殖达到极大，再维持数天后，老龄细菌逐渐死灭。在水样中有细菌和原生动物共存条件下，一般是细菌先增殖，到一定程度后，细菌数开始减少，因为它们被原生动物作为有机物之外的食料吞食了，这时原生动物才开始增殖。
在生物需氧过程中发生的反应有氧化反应、合成反应和内源呼吸反应（氧化反应在好氧、厌氧条件下皆能发生，而且细菌生长和能量利用情况也很相似，但反应产物是十分相异的）。典型反应归纳列举如下：