在任何非均相环境中，基质的去除都是传递速与固有的反应速率之间。相互作用的结果。固有的生物反应速率通常按单位生物量来表示，也就是基质人去除速率用每单位时间单位生物量所去除的基质量来表示，固有的生物生长速率期用每单位时间观有单位生物量所产生的生物最来表示。在考虑固有速率的表达式形式之前，应当考虑生物膜中可自能存在的微生物量，因为可供生物膜附看和生长的表面积通常是所模拟的反应器类型的一个物理特征量，所以反应器内的生物膜质量是生物膜厚度和密度的函数，此外，存于生物膜中的微生物、有可能不是都他利用进人生物膜的全部基质，也就是说如果有机物和氨氮都存在，那么异养型微生物只能氧化有机物，自养型微生物才能氧化氨氮。因此，生物膜的组成也是反应速率一个重要的决定因素。

生物膜厚度


当考虑生物膜的厚度时，重要的是要区分膜的总厚度和活性厚度。-般生物膜总厚度介于0.07-4mm之间、当生物膜受机械成水动力学控制时，其膜厚一般小于0.2mm;当生物质未受机械或水动力学控制时，其膜厚却可达到4mm.未受控制的较厚的生物膜，并不比薄的生物膜具有更大的基质去除速来，因为生物膜中的扩敢阻力限制了内层的微生物直接参与基质的去除，参与基质去除的微生物膜部分称为活性层。


研究表明，在生物膜反应器内，基质的去除速率随生物膜厚度的增加面变化。当生物膜厚度为70~100pm以内时，消耗速率随生物膜厚度的增加而增加:而当生物膜厚度再增加时，去除速率便与膜的厚度没有明显的关系，所以基质消耗速率达到最大值的生物膜厚度被称为活性厚度，活性厚度随被相中基质浓度的增加而增加.活性厚是由于生物膜内传质限制的结果，只有当膜很薄、电子给体和受体的浓度很高，或传质速率相对于反应速率很大时，膜的活性厚度才会接近总厚度。但对于多数反应器来说，这种情况不存在，因而只有活性厚度与反应器的性能密切相关。


从理论上说，只要微生物的生长速怀超过由于衰耗和损耗而减少的速率，生物膜的厚度就会连续增长。衰耗是指由于细菌自我氧化所造成的生物量的减少:而损耗是指由于外力如水流紊动、冲刷的作用，所造成的生物量的减少。在高衰流的条件下，损耗相对较大，所以生物膜的厚度难得超过1000um;而在低紊流的条件下，生物膜生长的厚度相对较大。另外，生物膜生长的厚度与基质浓度有很大关系，一股在微生物适宜生存的条件下，基质浓度越大，其微生物膜增厚也越快;反之则越慢。对于污水处理的多数生物膜来讲，连续衰耗和损耗的量一般不足以与纯增长相平衡，P而生物膜一直在增长，这就使得对生物膜的厚度分析较困难。因此，Atkinson与Fowler建议采用流化床生物膜反应器来控制膜的厚度。在这种反应器中，滤床的高度在功能上与滤料颗粒上的生物膜厚度有关，所以用去除并清洗填料颗粒来绵持一恒定的床层高度，以便得到一已知的最大膜厚。


曝气生物滤他中的微生物膜，其厚度不能被有效地控制，也就是说生物胀的生长或者是正好与衰耗和损耗相平衡，或者是连续增殖生长到一定厚度脱落为止，要控制生物膜的厚度在某一数值几乎不可能。


国外研究人员曾做过模拟生物膜厚度的工作。他们的研究认为，生物膜的脱落速率随界面上剪切力的增加而增加，也随生物膜质量的增加而增加，所以当以不同的速率来施加基质时，可以靠固定的剪切力来获得不同厚度的生物膜。在基质供给速率低时，新生物膜的生长速率也低，且在现有生物量或厚度较低时，它可能由损耗相平衡。然而，在基质供给速率高时，生物膜将较快地生长，且在脱落速率与累积速率相等之前，会生长出更多的生物膜来。