生物膜成熟后，微生物仍不断增殖，厚度不断增加，在超过好氧层的厚度后，其深部即转变为厌氧状态，形成厌氧膜，厌氧代谢产物H₂S、NH₃等通过好氧膜排出膜外。当厌氧膜还不厚时，好氧膜仍然能够保持净化功能，但当厌氧膜过厚令代谢物过多时，两种膜间失去平衡，好氧膜上的生态系统被破坏，生物膜呈老化状态从而脱落（自然脱落），再行开始增长新的生物膜。在生物膜成熟后的初期，微生物代谢旺盛，净化功能最好，在膜内出现厌氧状态时，净化功能下降，而当生物膜脱落时，降解效果最差。