（1）生物膜的形成及特点 在净化构筑物中，填充着数量相当多的挂膜介质，当有机废水均匀地淋洒在介质表层上时，便沿介质表面向下渗流，在充分供氧的条件下，接种的或原存在于废水中的微生物就在介质表面增殖。这些微生物吸附废水中的有机物，迅速进行降解有机物的生命活动，逐渐在介质表面形成粘液状的生长有极多微生物的膜，即称之为生物膜。
随着微生物的不断繁殖增长，以及废水中悬浮物和微生物的不断沉积，使生物膜的厚度不断增加，其结果是使生物膜的结构发生变化。膜的表层和废水接触，由于吸取营养和溶解氧比较容易，微生物生长繁殖迅速，形成了由好氧微生物和兼性微生物组成的好氧层（1～2mm）。在其内部和介质接触的部分，由于营养料和溶解氧的供应条件差，微生物生长繁殖受到限制，好氧微生物难以生活，兼性微生物转为厌氧代谢方式，某些厌氧微生物恢复了活性，从而形成了由厌氧微生物和兼性微生物组成的厌氧层。厌氧层是在生物膜达到一定厚度时才出现的，随着生物膜的增厚和外伸，厌氧层也随着变厚。
在负荷低的净化构筑物内，由于有机物氧化分解比较完全，生物膜的增长速度较慢，好氧层和厌氧层的界限并不明显。但在高负荷的净化构筑物内，生物膜增长迅速，好氧层和厌氧层的分界比较明显。
在处理过程中，生物膜总是在不断地增长、更新、脱落的。造成生物膜不断脱落的原因有：水力冲刷、由于膜增厚造成重量的增大、原生动物的松动、厌氧层和介质的粘结力较弱等。其中以水力冲刷最为重要。从处理要求看，生物膜的更新脱落是完全必要的。生物膜是由细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及一些肉眼可见的蠕虫、昆虫的幼虫组成。生物膜是生物处理的基础，必须保持足够的数量。一般认为，生物膜厚度介于2～3mm时较为理想。生物膜太厚，会影响通风，甚至造成堵塞。厌氧层一旦产生，会使处理水质下降，而且厌氧代谢产物会恶化环境卫生。
（2）生物膜中的物质迁移 从图4-3可以看出，由于生物膜的吸附作用，在其表面有一层很薄的水层，称之为附着水层。附着水层内的有机物大多已被氧化，其浓度比滤池进水的有机物浓度低得多。因此，进入池内的废水沿膜面流动时，由于浓度差的作用，有机物会从废水中转移到附着水层中去，进而被生物膜所吸附。同时，空气中的氧在溶入废水后，继而进入生物膜。在此条件下，微生物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的二氧化碳和其他代谢产物一部分溶入附着水层，一部分析出到空气中去，如此循环往复，使废水中的有机物不断减少，从而得到净化。(www.xing528.com)
在向生物膜细菌供氧的过程中，由于存在着气—液膜阻抗，因而速度甚慢。所以随着生物膜厚度的增大，废水中的氧将迅速地被表层的生物膜所耗尽，致使其深层因氧不足而发生厌氧分解，积蓄了H2S、NH3、有机酸等代谢产物。但当供氧充足时，厌氧层的厚度是有限度的，此时产生的有机酸类能被异养菌及时地氧化成CO2和H2O，而NH3和H2S被自养菌氧化成NO2、NO3-和SO42-等，仍然维持着生物膜的活性。若供氧不足，从总体上讲，厌氧菌将起主导作用，不仅丧失好氧生物分解的功能，而且将使生物膜发生非正常的脱落。
（3）生物膜净化废水的原理 生物膜呈蓬松的絮状结构，微孔多表面积大，具有很强的吸附能力。生物膜微生物以吸附和沉积于膜上的有机物为营养料。增殖的生物膜脱落后进入废水，在二次沉淀池中被截留下来，成为污泥。如果有机物负荷比较高，生物膜对吸附的有机物来不及氧化分解时，能形成不稳定的污泥，这类污泥需要进行再处理，其处理水的NO2可在2mg/L左右，BOD5去除率为60%～90%。若负荷低，废水经过处理后，BOD5可以降到25mg/L以下，硝酸盐（NO3-）含量在10mg/L以上。
图4-3 生物膜结构及其工作示意
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