膜生物反應器是膜技術和污水生物處理技術有機結合產生的廢水處理新工藝，是污水資源化利用的一種重要手段。其運行原理是利用膜生物反應器內大量的微生物有效地降解污水中的各種有機物，使水質得到凈化，并通過膜分離裝置代替傳統工藝中的二沉池，提高固液分離效率，從而得到優質的出水。基本解決了傳統的活性污泥法存在的污泥膨脹、污泥濃度低等因素造成的出水水質達不到中水會用要求的問題。
MBR由于采用了膜分離技術與生物反應器相結合的方式，有機物的zui終去除仍然是通過微生物細胞的新陳代謝作用，但是MBR強化了這一生物處理作用，其具有其他生物處理工藝*的明顯優勢，主要有以下幾點：
- 能夠高效地進行固液分離，分離效果遠好于傳統沉淀池，出水水質好，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用；
- 膜的高效截留作用，實現了反應器內水力停留時間（HRT）和污泥齡（SRT）的*分離，使得運行更加靈活穩定；
- 反應器內污泥濃度高，耐沖擊負荷；
- MBR有利于增殖緩慢的微生物的截留、生長和繁殖，使硝化效率得以提高，通過運行方式的改變也可以具有脫氮和除磷的功能；
- 污泥齡可隨意控制，膜分離是污水中的大分子難降解成分在體積有限的生物反應器內有足夠的停留時間，大大提高了難降解有機物的降解效果，反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡的條件下運行，可實現基本物剩余污泥排放；
- 膜截留大部分的細菌、病毒，具有一定的消毒能力；
- 實現PLC全程自動化控制，占地面積小。
在生活污水方面，MBR主要涉及城市污水、樓寓污水、公廁污水、污水廠升級改造以及其他要求回用的污水場合。
MBR作為一種強化的生物處理工藝，在工業廢水方面也得到了廣泛的應用，目前好氧MBR工藝已成功應用于醫藥廢水、紡織廢水、化妝品廢水、食品廢水、餐飲廢水、屠宰廢水、光伏廢水等行業。膜的截留作用，延長了能夠降解難降解有機物的微生物在反應器中的停留時間及提高了微生物可用于降解難降解有機物的微生物和酶的含量，有利于提高微生物對污染物的降解能力。
在工程應用方面，MBR的脫氮效率也具有一定的優勢。由于膜可以有效截留細菌，避免污泥的流失，因此可以是生長緩慢的硝化細菌在zui短的時間內獲得zui大的增殖，并維持較高的濃度，為氨氮的順利硝化提供必要的條件。另外，MBR中過高的污泥濃度易于是污泥絮體形成表面好氧、內部缺氧的狀態，可以在同一反應器中實現硝化和反硝化。采用硝化-反硝化工藝與膜分離技術相結合，是系統的總氮去除率達到了85%以上。
目前，MBR技術應用的膜組件構型主要有平板膜和中空纖維膜。與各種膜組件相比，中空纖維膜組件裝填密度大，操作壓力和跨膜壓差大，膜成本低，膜絲易斷裂，有曝氣死區，自控較復雜；平板膜膜通量大，水力阻力小和跨膜壓差小，水力條件易控制，不易污染，清洗方便，填裝密度小。
由于外界環境的影響，MBR工藝在國內并沒有得到廣泛的推廣，主要由于國產膜組，使用壽命短，市場混亂；進口膜組價格昂貴，投資成本高。近年來，一些新開發的適用于廢水處理的新穎膜元件在國外市場上得到了廣泛的應用，如日本久保田公司開發的MBR平板膜，膜板固定在由玻璃纖維增強的塑料框架上，板間距7mm，膜采用C-PVC材質，這種膜特點是在使用過程中易清洗、能夠承受交錯流劇烈沖擊，受用壽命長，通長膜的使用壽命是中空纖維膜的3倍以上。此外，平板結構采用PET無紡布做支撐層，工作時膜受力均勻，易于在膜表面形成動態膜，比中空纖維膜耐污染，化學清洗頻率低，易維護，只需在線清洗，膜通量恢復率高等。目前該技術已在國內生產和推廣應用。
