生物膜法处理污水的实质是附着在反应器内填料上的细菌、原生动物、后生动物等微生物通过自身的繁殖和代谢对流经生物膜表面的污水中的污染物进行降解，使污水得到净化的过程。由于生物膜的形成和生长是生物膜反应器发挥作用的关键，对生物膜生长过程的了解对控制生物膜反应器的效率发挥有着重要意义。根据·Characklis的研究，生物膜的形成是一系列物理;化学和生物过程的综合作用的结果，即污水中的有机分子输送至附着有生物膜的填料表面，在传输的过程中，污水中一些浮游型微生物细胞吸附到填料表面，但由于存在水力剪切力或物理、化学和生物作用，吸附到填料表面的一些细胞重新解析到水中·;而其他细胞则变成不可解吸的细胞;不可解吸的细胞摄取污水中的营养物质。对其进行利用和氧化分解，·同时由于细胞自身的新陈代谢而排出体外的胞外多聚物将生物膜结合在一起;正是由于微生物对污水中的有机物进行新陈代谢才使得生物膜不断地积累形成。对于生物膜的生长过程，可由Capdeville等人提出的六阶段论来阐明，即适应期、对数增长期、线性增长期、·减速增长期、稳定期和脱落期。在适应期，生物膜处于生长阶段，不可逆吸附的微生物固着于填料表面，逐渐形成较薄且疏散的生物膜;在对数增长期的初期，微生物在填料表面迅速增长，生物膜开始增厚，水中的有机污染物浓度下降，溶解氧也被大量的消耗，当进人对数增长期末期时，活性生物量应达到最大，此时系统内达到一种平衡，出水底物浓度基本稳定;在线性增长期时，随着生物膜在填料表面的不断增加，在生物膜增长曲线上出现了线性增长阶段，此时，非活性生物膜量占很大比例;在减速增长期，随着生物膜的增厚，营养物质和氧的传递阻力增加，生物膜内部好氧微生物开始死亡，兼性好氧微生物停止新陈代谢，转而进人厌氧期，生物膜厚度降低;在稳定期，兼性好氧和厌氧微生物逐渐适应环境的变化，利用好氧微生物的残骸以及传输过来的营养物质维持自身新陈代谢，在已死亡的微生物表面迅速生长，生物膜的厚度减小趋缓;在脱落期，老化生物膜受内层厌氧产气的顶托逐渐脱落，重新裸露的填料表面区域为新的生物膜的形成提供了场所。在生物膜法中，由于微生物附着在载体表面，其具有较长的停留时间，所以在生物膜反应器内可形成稳定的生态系统，既能生长世代时间短、比增长速率大的微生物，又能生长世代时间长、比增长速率小的微生物，这就保障了反应器内微生物的多样性，使生物膜法具备高效去除多种污染物的能力。