在任何非均相環(huán)境中，基質(zhì)的去除都是傳遞速與固有的反應(yīng)速率之間。相互作用的結(jié)果。固有的生物反應(yīng)速率通常按單位生物量來(lái)表示，也就是基質(zhì)人去除速率用每單位時(shí)間單位生物量所去除的基質(zhì)量來(lái)表示，固有的生物生長(zhǎng)速率期用每單位時(shí)間觀有單位生物量所產(chǎn)生的生物最來(lái)表示。在考慮固有速率的表達(dá)式形式之前，應(yīng)當(dāng)考慮生物膜中可自能存在的微生物量，因?yàn)榭晒┥锬じ娇春蜕L(zhǎng)的表面積通常是所模擬的反應(yīng)器類(lèi)型的一個(gè)物理特征量，所以反應(yīng)器內(nèi)的生物膜質(zhì)量是生物膜厚度和密度的函數(shù)，此外，存于生物膜中的微生物、有可能不是都他利用進(jìn)人生物膜的全部基質(zhì)，也就是說(shuō)如果有機(jī)物和氨氮都存在，那么異養(yǎng)型微生物只能氧化有機(jī)物，自養(yǎng)型微生物才能氧化氨氮。因此，生物膜的組成也是反應(yīng)速率一個(gè)重要的決定因素。

生物膜厚度

當(dāng)考慮生物膜的厚度時(shí)，重要的是要區(qū)分膜的總厚度和活性厚度。-般生物膜總厚度介于0.07-4mm之間、當(dāng)生物膜受機(jī)械成水動(dòng)力學(xué)控制時(shí)，其膜厚一般小于0.2mm;當(dāng)生物質(zhì)未受機(jī)械或水動(dòng)力學(xué)控制時(shí)，其膜厚卻可達(dá)到4mm.未受控制的較厚的生物膜，并不比薄的生物膜具有更大的基質(zhì)去除速來(lái)，因?yàn)樯锬ぶ械臄U(kuò)敢阻力限制了內(nèi)層的微生物直接參與基質(zhì)的去除，參與基質(zhì)去除的微生物膜部分稱(chēng)為活性層。

研究表明，在生物膜反應(yīng)器內(nèi)，基質(zhì)的去除速率隨生物膜厚度的增加面變化。當(dāng)生物膜厚度為70~100pm以內(nèi)時(shí)，消耗速率隨生物膜厚度的增加而增加:而當(dāng)生物膜厚度再增加時(shí)，去除速率便與膜的厚度沒(méi)有明顯的關(guān)系，所以基質(zhì)消耗速率達(dá)到最大值的生物膜厚度被稱(chēng)為活性厚度，活性厚度隨被相中基質(zhì)濃度的增加而增加.活性厚是由于生物膜內(nèi)傳質(zhì)限制的結(jié)果，只有當(dāng)膜很薄、電子給體和受體的濃度很高，或傳質(zhì)速率相對(duì)于反應(yīng)速率很大時(shí)，膜的活性厚度才會(huì)接近總厚度。但對(duì)于多數(shù)反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，這種情況不存在，因而只有活性厚度與反應(yīng)器的性能密切相關(guān)。

從理論上說(shuō)，只要微生物的生長(zhǎng)速懷超過(guò)由于衰耗和損耗而減少的速率，生物膜的厚度就會(huì)連續(xù)增長(zhǎng)。衰耗是指由于細(xì)菌自我氧化所造成的生物量的減少:而損耗是指由于外力如水流紊動(dòng)、沖刷的作用，所造成的生物量的減少。在高衰流的條件下，損耗相對(duì)較大，所以生物膜的厚度難得超過(guò)1000um;而在低紊流的條件下，生物膜生長(zhǎng)的厚度相對(duì)較大。另外，生物膜生長(zhǎng)的厚度與基質(zhì)濃度有很大關(guān)系，一股在微生物適宜生存的條件下，基質(zhì)濃度越大，其微生物膜增厚也越快;反之則越慢。對(duì)于污水處理的多數(shù)生物膜來(lái)講，連續(xù)衰耗和損耗的量一般不足以與純?cè)鲩L(zhǎng)相平衡，P而生物膜一直在增長(zhǎng)，這就使得對(duì)生物膜的厚度分析較困難。因此，Atkinson與Fowler建議采用流化床生物膜反應(yīng)器來(lái)控制膜的厚度。在這種反應(yīng)器中，濾床的高度在功能上與濾料顆粒上的生物膜厚度有關(guān)，所以用去除并清洗填料顆粒來(lái)綿持一恒定的床層高度，以便得到一已知的最大膜厚。

曝氣生物濾他中的微生物膜，其厚度不能被有效地控制，也就是說(shuō)生物脹的生長(zhǎng)或者是正好與衰耗和損耗相平衡，或者是連續(xù)增殖生長(zhǎng)到一定厚度脫落為止，要控制生物膜的厚度在某一數(shù)值幾乎不可能。

國(guó)外研究人員曾做過(guò)模擬生物膜厚度的工作。他們的研究認(rèn)為，生物膜的脫落速率隨界面上剪切力的增加而增加，也隨生物膜質(zhì)量的增加而增加，所以當(dāng)以不同的速率來(lái)施加基質(zhì)時(shí)，可以靠固定的剪切力來(lái)獲得不同厚度的生物膜。在基質(zhì)供給速率低時(shí)，新生物膜的生長(zhǎng)速率也低，且在現(xiàn)有生物量或厚度較低時(shí)，它可能由損耗相平衡。然而，在基質(zhì)供給速率高時(shí)，生物膜將較快地生長(zhǎng)，且在脫落速率與累積速率相等之前，會(huì)生長(zhǎng)出更多的生物膜來(lái)。