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生物膜法是一種的廢水處理方法，具有污泥量少，不會引起污泥膨脹，對廢水的水質和水量的變動具有較好的適應能力，運行管理簡單等特點。生物膜法是使微生物附著在載體表面上并形成生物膜，當污水流經載體表面時，污水中的有機物及溶解氧向生物膜內部擴散。膜內微生物在有氧存在的情況下對有機物進行分解代謝和機體合成代謝，同時分解的代謝產物從生物膜擴散到水相和空氣中，從而使廢水中的有機物得以降解。
生物膜法中生物膜的形成與那些因素有關？
活性污泥法和生物膜法的區別不僅僅是微生物的懸浮與附著之分，更重要的是擴散過程在生物膜處理系統中是一個必須考慮的因素。在生物膜反應器中，有機污染物、溶解氧及各種必須的營養物質首先要從液相擴散到生物膜表面，進而進到生物膜內部，只有擴散到生物膜表面或內部的污染物才有可能被生物膜內微生物分解與轉化，終形成各種代謝產物。另外，在生物膜反應器中，由于微生物被固定在載體上，從而實現了SRT與HRT(水力停留時間)的分離，使得增殖速率慢的微生物也能生長繁殖。因此，生物膜是一穩定的、多樣的微生物生態系統。
微生物在載體上的掛膜可分為微生物吸附和固著生長兩個階段。
生物膜的形成與載體表面性質(載體表面親水性、表面電荷、表面化學組成和表面粗糙度)、微生物的性質(微生物的種類、培養條件、活性和濃度)及環境因素(PH值、離子強度、水力剪切力、溫度、營養條件及微生物與載體的接觸時間)等因素有關。
載體表面性質
載體表面電荷性、粗糙度、粒徑和載體濃度等直接影響著生物膜在其表面的附著、形成。在正常生長環境下，微生物表面帶有負電荷。如果能通過一定的改良技術，如化學氧化、低溫等離子體處理等可使載體表面帶有正電荷，從而可使微生物在載體表面的附著、形成過程更易進行。載體表面的粗糙度有利于細菌在其表面附著、固定。
一方面，與光滑表面相比，粗糙的載體表面增加了細菌與載體間的有效接觸面積；另一方面載體表面的粗糙部分，如孔洞、裂縫等對已附著的細菌起著屏蔽保護作用，使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認為，相對于大粒徑載體而言，小粒徑載體之間的相互摩擦小，比表面積大，因而更容易生成生物膜。另外，載體濃度對反應器內生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應器處理難降解物廢水時發現，在載體質量濃度很低情況下，即使生物膜厚達295μm，還是不能達到穩定的去除率。但是，在載體濃度為20-30g/L時，即使只有20％的載體上有75μn厚的生物膜，反應器依然能達到穩定的(98％)去除率，COD負荷zui高可達58kg/(m3·d)。
懸浮微生物濃度
在給定的系統中，懸浮微生物濃度反映了微生物與載體間的接觸頻度。一般來講，隨著懸浮微生物濃度的增加，微生物與載體間可能接觸的幾率也增加。許多研究結果表明，在微生物附著過程中存在著一個臨界的懸浮微生物濃度；隨著微生物濃度的增加，微生物借助濃度梯度的運送得到加強。
在臨界值以前，微生物從液相傳送、擴散到載體表面是控制步驟，一旦超過此臨界值，微生物在載體表面的附著、固定受到載體有效表面積的限制，不再依賴于懸浮微生物的濃度。但附著固定平衡后，載體表面微生物的量是由微生物及載體表面特性所決定的。
生物脫氮原理
一般來說， 生物脫氮過程可分為三步: 第yi步是氨化作用， 即水中的有機氮在氨化細菌的作用下轉化成氨氮。在普通活性污泥法中， 氨化作用進行得很快， 無需采取特殊的措施。第二步是硝化作用， 即在供氧充足的條件下， 水中的氨氮首先在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽， 然后再在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。為防止生長緩慢的亞硝酸細菌和硝酸細菌從活性污泥系統中流失， 要求很長的污泥齡。第三步是反硝化作用， 即硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣。這一步速率也比較快， 但由于反硝化細菌是兼性厭氧菌， 只有在缺氧或厭氧條件下才能進行反硝化， 因此需要為其創造一個缺氧或厭氧的環境( 好氧池的混合液回流到缺氧池) 。
生物除磷原理
所謂生物除磷， 是利用聚磷菌一類的微生物， 在厭氧條件下釋放磷。而在好氧條件下， 能夠過量地從外部環境攝取磷， 在數量上超過其生理需要， 并將磷以聚合的形態儲藏在菌體內， 形成高磷污泥排出系統， 達到從污水中除磷的效果。
生物除磷過程可分為3 個階段，即細菌的壓抑放磷、過渡積累和奢量吸收。首先將活性污泥處于短時間的厭氧狀態時，儲磷菌把儲存的聚磷酸鹽進行分解，提供能量，并大量吸收污水中的BOD、釋放磷( 聚磷酸鹽水解為正磷酸鹽) ，使污水中BOD 下降，磷含量升高。然后在好氧階段，微生物利用被氧化分解所獲得的能量，大量吸收在厭氧階段釋放的磷和原污水中的磷，完成磷的過渡積累和后的奢量吸收，在細胞體內合成聚磷酸鹽而儲存起來，從而達到去除BOD 和磷的目的。
脫氮除磷工藝
AB法
AB法污水處理工藝是一種新型兩段生物處理工藝，是吸附生物降解法的簡稱。該工藝將高負荷法和兩段活性污泥法充分結合起來，不設初沉池，A、B兩段嚴格分開，形成各自的特征菌群，這樣既充分利用了上述兩種工藝的優點，同時也克服了兩者的缺點。所以AB法工藝具有較傳統活性污泥法高的BOD、COD、SS、磷和氨氮的去除率。
但AB法工藝不具備深度脫氮除磷的條件，對氮、磷的去除量有限，出水中含有大量的營養物質，容易引起水體的富營養化。AB法工藝對氮、磷的去除以A段的吸附去除為主。污水中的部分有機氮和磷以不溶解態存在，在A段生物吸附絮凝的作用下通過沉淀轉移到固相中，同時生物同化也可以去除一部分以溶解態存在的氮和磷。剩余的磷進入B段用于B段的微生物的合成而得到進一步去除。這樣AB法工藝整體顯示出了比傳統活性污泥法高的氮、磷的去除效果。但是AB法由于自身組成上的特點，決定了其對氮、磷的去除量是有限的。
