从图3中可以看出，随着生物膜深度的增加，DO浓度逐渐减小。C/N比为2时，DO从生物膜表面处的1.70mg/L降低到底部的0.12mg/L,生物膜纵深0——1.1μm范围内为好氧环境，1.1——1.7μm范围内为缺氧环境，这为同步硝化反硝化的反生提供了有利的条件。C/N比为5时，DO浓度从表面处的1.56mg/L降低到底部的0.03mg/L,生物膜纵深0——1.0μm范围内仍然处于好氧环境，中间1.0——1.5μm范围内为缺氧环境，1.5——1.9μm范围内为厌氧环境，此条件下DO浓度比C/N=2时DO浓度略低。C/N=10条件下，DO浓度由1.44mg/L降低到0.02mg/L,含量是3种C/N比条件下最低的。从图3中可以明显的看出，C/N比越大，生物膜内部的DO浓度越低，这是因为COD浓度越高，营养物越充分，越有利于微生物的生长，消耗的DO就会越多，此外，较厚的生物膜是不利于DO从水相到生物膜内的传质过程的，其内部的DO自然就较低。

图3不同C/N比下生物膜内DO浓度分布


从图4中可以看出，随着生物膜深度的增加，DO浓度逐渐减小。1.0Pa条件下，DO从生物膜表面处的2.85mg/L降低到底部的0.08mg/L,上部为好氧环境，中间为缺氧环境，到底部逐渐趋近于厌氧环境，这为同步硝化反硝化的反生提供了有利的条件。1.5Pa条件下，DO浓度从表面处的2.96mg/L降低到底部的0.15mg/L,上部仍然处于好氧环境，中间为缺氧环境，到底部逐步趋近于厌氧环境，此条件下DO浓度比1.0Pa条件下DO浓度略高。2.0Pa条件下，DO浓度由3.04mg/L降低到0.49mg/L,含量是3种剪切力条件下最高的，整个生物膜内均为好氧环境。从图4可以明显的看出，剪切力越大，生物膜内部的DO浓度是越高的，这是因为剪切力越大，水流的紊动性越强，越有利于DO从水相传质到生物膜表面。


雷诺曾提出著名的雷诺比拟假说，其数学表达式如下所示：

式中：Dr为径向紊动扩散系数；τ为距管轴为r处的紊动切应力；u为距管轴为r处的流体流速。


从式（1）中可以看出，切应力越大，物质的径向紊动扩散系数越大，即意味着越有利于物质的扩散。实验中剪切力越大，越有利于DO从水相向膜表面的扩散，从而导致生物膜内DO越大，进而决定了生物膜内微环境的差别及物质浓度分布的差异。

图4不同剪切力下生物膜内DO浓度分布

图5不同C/N比下生物膜内NH4+浓度分布


与DO浓度在生物膜内的变化趋势相类似，NH4+-N浓度沿生物膜纵深方向也是逐渐降低，这主要是传质阻力的作用。C/N比为2时，NH4+浓度从14.90mg/L降低到11.06mg/L.C/N比为5时，NH4+浓度从16.17mg/L降低到13.07mg/L.C/N比为10时，NH4+浓度从19.28mg/L降低到15.16mg/L.生物膜内的NH4+-N浓度随着C/N比的增大是逐渐增大的，这是由于较大的C/N比条件下，有机负荷高，异养菌大量增殖，成为优势菌种，对氨氧化菌（AOB）产生抑制作用，不利于硝化反应的进行，因而NH4+浓度较高。

图6不同C/N比下生物膜内NO3-浓度分布


如图6所示，3种C/N比条件下，NO3-浓度沿着生物膜纵深方向都是呈逐渐减小的趋势，分别由6.70mg/L降低到4.75mg/L,4.67mg/L降低到2.86mg/L,3.49mg/L降低到1.01mg/L,这一方面是因为上部较多的NH4+发生硝化反应生成了NO3-,另一方面是因为底部的缺氧环境导致了反硝化反应的发生，不利于NO3-在底部的积累。NO3-浓度随着C/N比的增大而逐渐减小。这一方面是因为C/N比越大，有机负荷越高，抑制了硝化过程的进行，产生的NO3-较少，另一方面是因为C/N比越大，碳源越充足，对于NO3-的反硝化反应越有利，NO3-较为容易的转化为NO2-,NO3-的积累量也就较少。

图7不同C/N比下生物膜内NO2-浓度分布


如图7所示，3种C/N比条件下，NO2-总体含量均较少。C/N为2时，其浓度从1.01mg/L增大到1.53mg/L,C/N为5时，其浓度从1.23mg/L增大到1.85mg/L,比C/N为2条件下略大。NO2-浓度沿生物膜纵深方向均呈现出增大的趋势，这是因为整个生物膜内上部均存在DO,抑制了NO2-积累，而膜底部则处于缺氧环境，且反硝化反应会生成NO2-,故底部NO2-浓度与表面处相比有所增大。C/N比为10时，NO2-浓度比另外两种情况要大，从生物膜表面处的1.77mg/L增大到底部的2.29mg/L,这是因为C/N比为10时，碳源非常充足，有利于反硝化反应的进行，NO3-较为容易的转化为NO2-,所以NO2-的浓度也就较大。