一般來說，由于水質(zhì)呈逐級(jí)變化的趨勢和微生物生長環(huán)境條件的改善，生物膜系統(tǒng)存在的微生物種類和數(shù)量均比活性污泥工藝多，食物鏈長且較為復(fù)雜，尤其是絲狀菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物種類增加較多，而且還有一定比例的厭氧菌和兼性菌。在日光照射到的部位能夠出現(xiàn)藻類，還能夠出現(xiàn)濾池蠅這樣的昆蟲類生物。在分布方面的特點(diǎn)是沿生物膜厚度或進(jìn)水流向，微生物的種類和數(shù)量呈現(xiàn)出較大差異。在多級(jí)處理的一級(jí)或下向流填料層的上部，生物膜往往以菌膠團(tuán)細(xì)菌為主，膜厚度亦較大（2-3mm）；隨著級(jí)數(shù)的增加或下向流填料層的下部，由于其接觸到的水質(zhì)已經(jīng)經(jīng)過部分處理，生物膜中會(huì)逐漸出現(xiàn)較多的絲狀菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物；微生物的種類不斷增多，但生物膜的厚度卻在不斷減薄(1-2mm)。生物膜的表層的微生物都是好氧性的，而隨著厚度的加大，微生物逐漸變成兼性乃至厭氧性。

　　生物膜固著在濾料或填料上，生物固體停留時(shí)間SRT（泥齡）較長，因此能夠生長世代時(shí)間長、增殖速度很小的微生物，如硝化菌等。在生物膜上還可能出現(xiàn)大量絲狀菌，但不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹。和活性污泥法相比，生物膜上的生物中動(dòng)物性營養(yǎng)者比例較大，微型動(dòng)物的存活率也較高，能夠棲息高營養(yǎng)水平生物，在捕食性纖毛蟲、輪蟲類、線蟲類之上還棲息著寡毛類和昆蟲。因此，生物膜上的食物鏈要比活性污泥中的食物鏈長，這也是生物膜法產(chǎn)生的污泥量少于活性污泥法的原因。

　　由于廢水水質(zhì)的不同，每級(jí)或每層填料上的特征微生物也會(huì)不同，即水質(zhì)的變化會(huì)引起生物膜中微生物種類和數(shù)量的變化。在進(jìn)水濃度增高時(shí)，可以觀察到原有層次的特征性微生物下移的現(xiàn)象，即原先在前級(jí)或上層填料上的微生物可在后級(jí)或下層填料上出現(xiàn)。因此，通過生物相觀察發(fā)現(xiàn)這樣類似的變化來推斷廢水濃度或污泥負(fù)荷的變化。