养物或氧的不足，造成微生物内源代谢或出现厌氧层，此处的生物膜因与载体的附着力减
小及水力冲刷作用而脱落。老化的生物膜脱落后，载体表面又可重新吸附、生长、增厚生物膜
直至重新脱落。从吸附到脱落，完成一个生长周期。在正常运行情况下，整个反应器的生物
膜各个部分总是交替脱落的，系统内活性生物膜数量相对稳定。膜厚
2～3mm，净化效果
良好。过厚的生物膜并不能增大底物利用速度，却可能造成堵塞，影响正常通风。因此，当
废水浓度较大时，生物膜增长过快，水流的冲刷力也应加大，如依靠原废水不能保证其冲
刷能力时，可以采用处理出水回流，以稀释进水和加大水力负荷，从而维持良好的生物膜
活性和合适的膜厚度。
生物膜中的微生物主要有细菌（包括时气、厌气及兼气细菌）、真菌、放线菌、原生动物
（主要是纤毛虫）和较高等的动物，其中藻类、较高等生物比活性污泥法多见。微生物沿水
流方向在种属和数目上具有一定的分布。在塔式生物滤池中，这种分层现象更为明显。在填
料上层以异养细菌和营养水平较低的鞭毛虫或肉足虫为主，在填料下层则可能出现世代期
长的硝化菌和营养水平较高的固着型纤毛虫。真菌在生物膜中普遍存在，在条件合适时，可
能成为优势种。在填充式生物膜法装置中，当气温较高和负荷较低时，还容易孳生灰蝇，它
的幼虫色白透明，头粗尾细，常分布在生物膜表面，成虫后在生物膜周围翔栖。
生物相的组成随有机负荷、水力负荷、废水成分、PH 值、温度、通风情况及其他影响因素的
变化而变化。
二、废物利用基本方程
考虑生物膜系统的物质传递，可以建立生物膜法的废物利用基本方程。
如图 14－2 所示，取膜上一厚度为 dZ，面积为 A
c
的生物膜微元体。如膜内底物浓度为
S
c
，扩散进入微元体
A
c
·dZ 的底物通量（进入量与流出量之差）应等于该膜微元体的底物
利用量。
微元体的废物平衡式可根据
Fick 定律列出:
dZ
A
dt
dS
dZ
Z
S
S
Z
D
A
Z
S
D
A
c
e
e
c
s
c
e
s
c
=
∂
∂
−
∂
∂
−
∂
∂
即
dt
dS
Z
S
D
c
e
s
=
∂
∂
2
2
(14—1)
如果采同 Monod 底物利用方程，则上式可改写为
(
)
a
c
s
c
e
K
S
D
x
KS
Z
S
+
=
∂
∂
0
2
2
(14—2)
式中
x
c
——膜内生物浓度；
D
s
——底物在生物膜内的扩散系数。
式（14-2）即为供氧足够时生物膜内底物的浓度分布方程。这是一个非线性微分方程，
假定
K、x
c
、
D
s
、
K
s
可视为恒值，并忽略边界液膜的扩散阻力，则可求出极限解为
当
S
e
<<K
s
时
(
)
−
=
e
s
s
e
e
s
s
e
e
Z
K
D
Kx
Z
Z
K
D
Kx
S
S
2
/
1
2
/
1
cosh
cosh
(14—3)
式中
S——膜表面液相底物浓度；
Z
e
——生物膜好气层厚度。
当 S
e
>>K
s
时
−
−
=
2
2
Z
Z
Z
D
Kx
S
S
e
s
e
e
(14—4)
单位时间内进入生物膜的底物通量，在稳态情况下将分别为
S
K
Kx
D
A
Z
S
D
A
J
s
e
s
c
Z
c
s
c
2
/
1
0
=
∂
∂
−
=
=
(14—5)
和
e
c
c
Z
Kx
A
J
=
(14—6)