膜生物反应器是将膜分离过程与生物反应器组合使用的各类水处理工艺的总称。膜生物反应器根据机理可分为三大类型：膜曝气生物反应器（membrane aeration bioreactor，MABR）、萃取膜生物反应器（extractive membrane bioreacto，EMBR）、膜分离生物反应器（membrane separation bioreactor，MBR）。目前，国内膜曝气生物反应器绝和萃取膜生物反应器应用较少，工程应用较多的为膜分离生物反应器。一般无特别说明，膜生物反应器多指膜分离生物反应器。

MBR是一种活性污泥系统，但是与其他活性污泥工艺不同的是，MBR采用膜过滤而不是沉淀池来实现泥水分离。

MBR根据微生物生长环境的不同分为好养和厌氧两大类。根据出水泵与膜组件的相对位置不同分为加压和抽吸式两大类。MBR的核心部件式膜组件，从材料上可以分为有机膜和无机膜两大类；从构型上可以分为管式、板式、卷式和中空纤维式；按膜过滤驱动方式分为压力式和抽吸式；按膜组件安装位置分为分体式和一体式反应器。

分体式MBR是指膜组件 与生物反应器分开设置，膜组件在生物反应器的外部，生物反应器反应后的混合液进入膜组件分离，分离后的清水排出，剩余的混合液回流到生物反应器中继续参加反应。分体式MBR的特点是运行稳定可靠，操作管理方便，易于膜的清洗、更换。但分体式MBR动力消耗大、系统运行费用高，其处理单位体积水的能耗是传统活性污泥法的10-20倍。为了减少污泥在膜表面的沉积，膜内循环液的水流流速要求很高，一方面造成系统运行费用高，另一方面回流造成的剪切力可能影响微生物的活性。在分体式MBR工艺中，一般采用平板式、管式膜组件，排水采用压力式驱动方式。

一体式MBR是将膜组件直接安放在生物反应器中，通过泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水，由于膜浸没在反应器的混合液中，称为浸没式或淹没式MBR。一体式MBR中，膜组件下方设置曝气，依靠空气和水流的扰动减缓膜污染，此外，为减少膜污染，延长运行周期，曝气是连续运行，而泵的抽吸是间断运行。为了有效地防止膜污染，有时在反应器内设置中空轴，通过中空轴的旋转使安装在轴上的膜也随着转动，形成错流过滤。同分体式相比，一体式MBR具有工艺流程简单运行费用低等特点，其能耗仅为0.2-0.4（kw·h）m3，但是其运行稳定性差，操作管理和清洗更换简便性差。

MBR集膜的优良分离性能和生物法对有机物氧化降解效率高的特性于一体，与常规的活性污泥法相比，主要有一下优点。

（1）高效的固液分离性能。由于膜的高效分离作用，分离效果大大强于传统的二沉池；出水悬浮物和浊度接近零，且可以去除细菌病毒等，可直接回用，实现废水的资源化。

（2）膜的高效截留作用使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器水力停留时间和固体停留时间的完全分离，使运行控制更加灵活、稳定。同时反应器内微生物浓度高，耐冲击负荷。

（3）有利于增值缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，系统硝化效率得以提高，通过运行方式的改变可以有脱氮除磷的功能。

（4）泥龄长。膜分离使废水中的大分子难降解成分在体积有限的生物反应器内有足够的停留时间，大大提高了难降解有机物的降解效率。

（5）反应器在低污泥负荷条件下运行，剩余活性污泥量远低于传统活性污泥工艺，且无污泥膨胀，降低了剩余污泥的处置费用。

（6）系统易于实现自动化控制，操作管理方便。

（7）占地面积小，工艺设备集中。MBR内能维持高浓度的微生物量，容积负荷较高，因而自身所需的占地面积与传统工艺相比大大减少。

同样，MBR也存在着一些不足。

（1）膜材料价格较高，导致MBR的工程投资高于相同规模的传统废水处理工艺，制约了膜生物反应器的推广应用。

（2）膜材料易损坏，容易污染，给操作管理带来不便，同时也增加了运行成本。

（3）为了减缓膜污染，一般需要混合液回流或膜下曝气，造成运行能耗较高。

MBR已应用于城市污水处理及建筑中水回用、工业废水处理、粪便废水处理和垃圾填埋及堆肥场渗滤液处理等。