微生物膜及其降解有機物的機理 

　　通過火山巖上濾料凈化污水、除臭的工程中，關鍵是要培養好附著在火山巖上的生物
　　膜，優普達環?？萍纪ㄟ^多年的研究的實踐確認了微生物膜降解有機物的機理
　　生物膜是由細菌（好氧、兼氧、厭氧）、真菌、藻類、原生動物、后生動物以及一些肉眼可見的蠕蟲、昆蟲的幼蟲等組成。微生物細胞幾乎能在水環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，由細胞內向細胞外伸展的胞外多聚物使微生物細胞形成纖維狀的纏結構，便被稱之為生物膜。
　　污水長期與濾料或某種載體流動接觸，就會在其表面形成生物膜，并逐漸成熟，其標志是：生物膜沿水流方向的分布，生物膜上由細菌及各種微生物組成的生態系，對有機物的降解功能都達到了平衡和穩定狀態。從開始到成熟，生物膜要經過潛伏和生長兩個階段，生物膜有時均勻地分布在載體表面，而有時卻非常不均勻；有時僅由單層的細胞組成，而有時卻相當厚，隨著營養底物、時間和空間的改變而發生變化。由于生物膜主要是由微生物細胞和它們所產生的胞外多聚物組成，因而生物膜通常具有孔狀結構，并具有很強的吸附性能。通常人們觀察到的生物膜還含有大量被吸附和鑲嵌于內的溶質和無機顆粒，從這個角度上說，生物膜是由有生命的細胞和無生命的無機物所組成的結構。
　　生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質，在污水不斷流動的條件下，在其外側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，在膜的表面上和一定深度的內部生長繁殖大量的各種類型的微生物和微型動物，并形成有機污染物—細菌—原生動物（后生動物）的食物鏈。生物膜具有一定的厚度，其厚度與反應器類別有關，并可加以控制，使生物膜在達到一定厚度之前連續生長。生物膜外側的液膜的厚度也與反應器類別有關，在某些情況下，還與在反應器中的停留時間有關。污水在流過載體表面的過程中，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內部的擴散，在膜中發生生物氧化等作用，從而完成對有機污染物的分解。擴散過程在生物膜動力學行為中是一個必須考慮的因素，污染物、溶解氧及各種必須營養物首先要經過液相擴散到生物膜表面，進而到生物膜內部，只有擴散到生物膜表面或內部的污染物才能有機會被生物膜微生物所分解與轉化，最終形成各種代謝產物。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，有機污染物輕微生物好氧代謝而降解，終點產物是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散作用制約了溶解氧的滲透往往形成厭氧區，使生物膜內層的微生物處于厭氧狀態，在這里進行的是有機物的厭氧代謝，終點產物為有機酸、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，吸附的有機物在傳遞到生物膜內層的微生物以前，已被代謝掉。當厭氧層還不夠厚時，它與好氧層保持著一種平衡穩定的關系，好氧層能夠保持良好的凈化功能。當厭氧層逐漸加厚時，其內層微生物因得不到充分的營養而進入內源代謝，這些代謝產物向外逸出時，必然要透過好氧層，從而破壞了好氧層生態系統的穩定性。同時厭氧層氣態代謝產物的不斷逸出又減弱了生物膜在載體上的固著力，促進了生物膜的脫落，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，是生物膜技術進步的重要研究方向。生物膜的脫落的速度與有機負荷、水力負荷有關。此外，在生物膜反應器中，由于微生物被固著在載體上，因此與污水的水力停留時間沒有直接的影響關系，增殖速度慢的微生物也能夠生長繁殖，例如硝化細菌等。正因如此，生物膜上的微生物在種屬上是多種多樣的，而且可以形成穩定的生態系統。
　　綜上所述，在生物膜法中，污水中的有機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散到生物膜中，是保證生物膜發揮生物氧化作用的前提條件。