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厭氧生物膜微生物種群包括發酵菌群、產氫產乙酸菌群、甲烷細菌等，其微生物量大、可保持穩定的污泥量、泥齡長，有良好的抗沖擊負荷能力，故處理效果好，但啟動時間長，成熟的厭氧生物膜外觀呈黑灰色。研究者通過SEM電鏡觀察到以陶粒作為填料的厭氧生物膜的掛膜情況，未掛膜的陶粒表面粗糙，表面和內部都充滿了大大小小的孔隙，掛膜成功后，陶粒表面裂縫和孔隙中已長滿了微生物，有機物和氣體的進出孔的通道清晰可見。填料可以讓微生物固著生長形成生物膜，并可以截流微生物讓其在填料的縫隙之間，從而使反應器獲得高濃度微生物量。同時，微生物以填料為依托，以生物膜的形式在介質中全部鋪展開來，使微生物與介質充分接觸，保持微生物在整個介質中均勻分布，保證系統的理想傳質的實現，并且與活性污泥相比，剩余污泥量要少，避免污泥膨脹的產生。
厭氧生物膜主要應用在污水處理中，有效降低污水處理成本，是的污水處理更加方便快捷。厭氧生物處理過程的主要優點如下：
1.能耗大大降低，而且還可以回收生物能；
2.污泥產量很低；
3.厭氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多，產酸菌的產率Y為0.15-0.34kgVSS/kgCOD，產甲烷菌的產率Y為0.03kgVSS/kgCOD左右，而好氧微生物的產率約為0.25-0.6kgVSS/kgCOD；
4.厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或部分降解；
但厭氧生物膜處理的反應過程較為復雜，厭氧消化是由多種不同性質、不同功能的微生物協同工作的一個連續的微生物過程。
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