使廢水流過生長在固定支承物表面上的生物膜，利用生物氧化作用和各相間的物質交換，降解廢水中有機污染物的方法，是廢水需氧生物處理法的一種。用生物膜法處理廢水的構築物有生物濾池、生物轉盤和生物接觸氧化池等。
生物濾池是由過濾田和灌溉田逐步發展而來的。過濾田和灌溉田是天然條件下的需氧生物處理設施。廢水流入過濾田和灌溉田後，水中的有機物滯留在土壤表層，由需氧微生物氧化分解為無機物。這種作用隻在土壤表層進行，占地面積大，而且受氣候影影響，隻能在適當條件下采用。19世紀末，進行瞭灑滴濾池試驗。20世紀初灑滴濾池法得到公認，出現瞭各種型式的生物濾池。用生物濾池處理廢水的方法統稱為生物膜法。
處理廢水過程 生物濾池一般是長方形或圓形，池內填有濾料，濾料層上為佈水裝置，濾料層下為排水系統。廢水通過佈水裝置均勻灑到生物濾池表面，呈涓滴狀流下，一部分廢水呈薄膜狀被吸附於濾料周圍，成為附著水層；另一部分則呈薄膜流動狀流過濾料，並從上層濾料向下層濾料逐層滴流，最後通過排水系統排出池外。
由於濾料間隙的空氣不斷地溶於水中，水層中保有比較充足的溶解氧；而流過的廢水中所含的大量有機物質，可作為微生物的營養源，因此水層中需氧微生物能夠大量生長繁殖。微生物的代謝作用使部分有機物質被氧化分解為簡單的無機物，並釋放出能量。這些能量一部分供微生物自身生長活動的需要，另一部分被轉化合成為新的細胞物質。另外，廢水通過濾池時，濾料截留瞭廢水中的懸浮物質，並吸附瞭廢水中的膠體物質，使大量繁殖的微生物有瞭棲息場所，從而在濾料表面逐漸生長起一層充滿微生物及原生動物的“生物膜”。膜的外側有附著水層，廢水不斷地從濾池上淋灑下來，就有一層廢水不斷沿生物膜上部表面流下，這部分廢水為流動水層（圖1）。流動水層和附著水層相接觸，附著水層由於生物凈化作用，所含有機物質濃度很低，流動水層通過傳質作用把所含的有機物傳遞給附著水層，從而不斷地得到凈化。同時由於生物膜上的微生物的增殖，膜的厚度不斷增加，當達到一定厚度時，生物膜層內由於得不到足夠的氧，由需氧分解轉變為厭氧分解，微生物逐漸衰亡、老化，使生物膜從濾料表面脫落，隨水流至沉淀池。生物濾池的濾料上再生成新的生物膜，如此不斷更新。
就部分濾料來說，處理廢水效能呈周期性變化。在生物膜形成的初期，微生物的代謝活動旺盛，凈化功能最好；隨著生物膜逐漸加厚，內部出現厭氧分解現象，凈化的功能逐漸減退；到生物膜脫落時為最低。但就整個濾池來說，濾料上生物膜的脫落是參差交替的。因此，在正常情況下，整個濾池的處理效果是基本穩定的。
由於生物膜要不斷更新，脫落的生物膜隨水流出，因此必須在生物濾池後設置沉淀池。這種池稱為二次沉淀池。為保證生物濾池的正常工作，對含有較多懸浮物質和油脂等易於堵塞濾料的廢水，須設置初次沉淀池、浮選池和隔油池等，以進行預處理。
需氧生物膜上的微生物種類很多，有細菌、真菌、藻類、原生動物和後生動物，以及肉眼可見的微型動物。生物濾池中上層、中層、下層構成生物膜的微生物，種類也有區別。
需氧生物膜上微生物的代謝產物主要是二氧化碳和水，在同流動水層接觸時，被流動水層帶走。厭氧生物膜內的產物主要是硫化氫和氨。這些厭氧生化產物在透過需氧生物膜時大部分被氧化，因此生物濾池在工作正常時基本上沒有臭氣。
構築物 在生產中應用較早的有兩種生物濾池：普通生物濾池和高負荷生物濾池。它們的工作狀況如表：
生物濾池的工作狀況
普通生物濾池的水力負荷和有機物負荷都較低，往往采用間歇運行方式，廢水中的有機物被氧化分解得比較徹底，但占地面積大。高負荷生物濾池的水力負荷和有機物負荷都較高，采用連續運行方式，廢水在濾池中停留時間短，隻有易於氧化的有機物被分解，而較難氧化的有機物未及分解就被排出。因此這種濾池的凈化程度不如普通生物濾池徹底，而且二次沉淀池中沉淀的污泥量較多。但它的水力負荷較高，水的沖刷力大，濾池不易堵塞。如進入濾池的廢水中有機物濃度過高，可采用回流運轉方式，即將生物濾池的一部分出水回流到濾池前同進水混合。這樣可以降低進水濃度，保證水的沖刷力，還能增加濾池中的有用微生物，從而保證生物濾池的正常工作。
選擇合適的濾料十分重要。濾料必須機械強度好，耐腐蝕；表面積大，略呈粗糙，但又不影響水的均勻流動；濾料間應有一定的空隙，以免堵塞，並使空氣流通；能就地取材，價格低廉。長期以來多以卵石、碎石、爐渣、焦炭等為濾料。近年來開始使用人工塑料濾料，如波形板和列管式濾料。這種濾料質量輕，強度高，耐腐蝕性能好，表面積和空隙率都較大。
與活性污泥法比較，生物膜法對於進水負荷的變化適應性強，管理簡便，基本建設投資和運行費用都較低。但處理效率和衛生條件較差，占地面積較大。生物膜法近年發展起來的幾種新型構築物有：
① 塔式生物濾池，簡稱塔濾(圖2)。塔高7～24米，內部通風良好，水流紊動劇烈，水力沖刷較強。因此，污水同空氣和生物膜接觸充分，生物膜更新速度快，各層生長有適應於廢水性質的不同的生物群，有利於有機物的生物降解。塔濾負荷較高，水力負荷每日每平方米可達90～150米3，有機物負荷每日每立方米達1100～2400克(BOD5)。占地少，對沖擊負荷有較強的適應性。
② 生物轉盤（圖3）。由固定在一橫軸上的若幹間距很近的圓盤組成。圓盤面生長有一層生物膜，作用與生物濾池中濾料相似。圓盤是用輕質耐腐蝕、堅固而不易撓折的材料，如泡沫聚氯乙烯、泡沫聚苯乙烯、硬聚氯乙烯、玻璃鋼等材料制成。圓盤有約一半的面積浸在一個半圓形或矩形的水槽內。廢水在槽中流過時，圓盤緩慢轉動。圓盤的一部分浸入廢水時，生物膜吸附廢水中的有機物，使微生物獲得營養。當轉出水面時，生物膜又從大氣中直接吸收氧氣。如此循環反復，廢水中的有機物在需氧微生物的作用下得到氧化分解。圓盤上的生物膜也會因老化不斷地自行脫落，隨水流出，在二次沉淀池中沉淀下來。生物轉盤能處理高濃度廢水，而不會發生堵塞現象。構造與生物轉盤類似的還有生物轉筒。主體裝置是由固定在一橫軸上的若幹圓筒組成，圓筒中裝填料，生物膜生長在填料表面。
③ 生物接觸氧化池（見生物接觸氧化法）。
提高生物膜法的處理效率，主要是在單位時間內適當地加大生物膜同廢水的接觸面積和充分供給所需要的氧氣。為此，有些國傢在試驗研究一種流化床。這種設施以砂或活性炭等比表面積大的材料作為生物膜擔體，以沸騰狀態在廢水中分解氧化有機物。