通過火山巖上濾料凈化污水、除臭的工程中，關(guān)鍵是要培養(yǎng)好附著在火山巖上的生物膜,，優(yōu)普達(dá)環(huán)?？萍纪ㄟ^多年的研究的實(shí)踐確認(rèn)了微生物膜降解有機(jī)物的機(jī)理

生物膜是由細(xì)菌（好氧,、兼氧,、厭氧）、真菌,、藻類,、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物以及一些肉眼可見的蠕蟲,、昆蟲的幼蟲等組成,。微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著,，并在其上生長和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)構(gòu),，便被稱之為生物膜,。

污水長期與濾料或某種載體流動(dòng)接觸,，就會(huì)在其表面形成生物膜,，并逐漸成熟，其標(biāo)志是：生物膜沿水流方向的分布,，生物膜上由細(xì)菌及各種微生物組成的生態(tài)系,，對(duì)有機(jī)物的降解功能都達(dá)到了平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。從開始到成熟,，生物膜要經(jīng)過潛伏和生長兩個(gè)階段,，生物膜有時(shí)均勻地分布在載體表面，而有時(shí)卻非常不均勻,；有時(shí)僅由單層的細(xì)胞組成,，而有時(shí)卻相當(dāng)厚，隨著營養(yǎng)底物,、時(shí)間和空間的改變而發(fā)生變化,。由于生物膜主要是由微生物細(xì)胞和它們所產(chǎn)生的胞外多聚物組成，因而生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu),，并具有很強(qiáng)的吸附性能,。通常人們觀察到的生物膜還含有大量被吸附和鑲嵌于內(nèi)的溶質(zhì)和無機(jī)顆粒，從這個(gè)角度上說,，生物膜是由有生命的細(xì)胞和無生命的無機(jī)物所組成的結(jié)構(gòu),。

生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì),，在污水不斷流動(dòng)的條件下,，在其外側(cè)總是存在著一層附著液膜（附著水層）。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì),，在膜的表面上和一定深度的內(nèi)部生長繁殖大量的各種類型的微生物和微型動(dòng)物,，并形成有機(jī)污染物—細(xì)菌—原生動(dòng)物（后生動(dòng)物）的食物鏈。生物膜具有一定的厚度,，其厚度與反應(yīng)器類別有關(guān),，并可加以控制，使生物膜在達(dá)到一定厚度之前連續(xù)生長,。生物膜外側(cè)的液膜的厚度也與反應(yīng)器類別有關(guān),，在某些情況下，還與在反應(yīng)器中的停留時(shí)間有關(guān),。污水在流過載體表面的過程中,，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附,，并通過氧向生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用,，從而完成對(duì)有機(jī)污染物的分解,。擴(kuò)散過程在生物膜動(dòng)力學(xué)行為中是一個(gè)必須考慮的因素，污染物,、溶解氧及各種必須營養(yǎng)物首先要經(jīng)過液相擴(kuò)散到生物膜表面,，進(jìn)而到生物膜內(nèi)部，只有擴(kuò)散到生物膜表面或內(nèi)部的污染物才能有機(jī)會(huì)被生物膜微生物所分解與轉(zhuǎn)化,，最終形成各種代謝產(chǎn)物,。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，其厚度約2mm,，在這里,，有機(jī)污染物輕微生物好氧代謝而降解，終點(diǎn)產(chǎn)物是H2O,、CO2,、NH3等。由于氧在生物膜表層已耗盡,，而在好氧層的深部由于擴(kuò)散作用制約了溶解氧的滲透往往形成厭氧區(qū),，使生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)，在這里進(jìn)行的是有機(jī)物的厭氧代謝,，終點(diǎn)產(chǎn)物為有機(jī)酸,、乙醇、醛和H2S等,。由于微生物的不斷繁殖,，生物膜逐漸增厚，超過一定厚度后,，吸附的有機(jī)物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前,，已被代謝掉。當(dāng)厭氧層還不夠厚時(shí),，它與好氧層保持著一種平衡穩(wěn)定的關(guān)系,，好氧層能夠保持良好的凈化功能。當(dāng)厭氧層逐漸加厚時(shí),，其內(nèi)層微生物因得不到充分的營養(yǎng)而進(jìn)入內(nèi)源代謝,，這些代謝產(chǎn)物向外逸出時(shí)，必然要透過好氧層,，從而破壞了好氧層生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。同時(shí)厭氧層氣態(tài)代謝產(chǎn)物的不斷逸出又減弱了生物膜在載體上的固著力，促進(jìn)了生物膜的脫落，失去其黏附在載體上的性能,，脫落下來隨水流出反應(yīng)器,，載體表面再重新生長出新的生物膜。生物膜的周期更新,，是維持生物膜凈化功能的重要因素,，因此，加快生物膜的更新,，是生物膜技術(shù)進(jìn)步的重要研究方向,。生物膜的脫落的速度與有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷有關(guān),。此外,，在生物膜反應(yīng)器中，由于微生物被固著在載體上,，因此與污水的水力停留時(shí)間沒有直接的影響關(guān)系，增殖速度慢的微生物也能夠生長繁殖,，例如硝化細(xì)菌等,。正因如此，生物膜上的微生物在種屬上是多種多樣的,，而且可以形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng),。

綜上所述，在生物膜法中,，污水中的有機(jī)污染物及其他污染物的去除是依靠生物膜的正常代謝活動(dòng)和保持好氧膜層的生物活性,，因此底物及溶解氧與生物膜接觸并擴(kuò)散到生物膜中，是保證生物膜發(fā)揮生物氧化作用的前提條件,。