膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor）是高效膜分離技術(shù)與污水生物處理工藝相結(jié)合而開發(fā)的新型生物化學(xué)系統(tǒng)。它以高效膜分離代替?zhèn)鹘y(tǒng)生物處理中的二沉池，以實(shí)現(xiàn)更好的處理效果。膜生物反應(yīng)器是膜與生物結(jié)合的產(chǎn)物，以實(shí)現(xiàn)微生物發(fā)酵，動植物細(xì)胞培養(yǎng)和生物催化轉(zhuǎn)化等。通常在常溫和常壓下進(jìn)行生化反應(yīng)，可使產(chǎn)物或副產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)連續(xù)的分離出來，打破反應(yīng)的平衡，從而可大大提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，增加產(chǎn)率或處理能力，過程能耗低、效率高。

膜生物反應(yīng)器主要由膜分離組件及生物反應(yīng)器兩部分組成。通常提到的膜生物反應(yīng)器實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱：①曝氣膜生物反應(yīng)器（Aeration Membrane Bioreactor，AMBR）；②萃取膜生物反應(yīng)器（Extractive Membrane Bioreactor， EMBR）；③固液分離型膜生物反應(yīng)器（Solid／Liquid Separation Membrane Bioreactor，SLSMBR，MBR）。

（1）曝氣膜生物反應(yīng)器

曝氣膜生物反應(yīng)器最早見于Cote．P等1988年報道，采用透氣性致密膜（如硅橡膠膜）或微孔膜（如疏水性聚合膜），以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)（BubblePoint）情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。該工藝的特點(diǎn)是提高了接觸時間和傳氧效率，有利于曝氣工藝的控制，不受傳統(tǒng)曝氣中氣泡大小和停留時間等因素的影響。

（2）萃取膜生物反應(yīng)器

萃取膜生物反應(yīng)器又稱為EMBR （Extractive Membrane Bioreactor）。因?yàn)楦咚釅A度或?qū)ι镉卸疚镔|(zhì)的存在，某些工業(yè)廢水不宜采用與微生物直接接觸的方法處理；當(dāng)廢水中含揮發(fā)性有毒物質(zhì)時，若采用傳統(tǒng)的好氧生物處理過程，污染物容易隨曝氣氣流揮發(fā)，發(fā)生氣提現(xiàn)象，不僅處理效果很不穩(wěn)定，還會造成大氣污染。為了解決這些技術(shù)難題，英國學(xué)者Livingston 研究開發(fā)了EMBR。廢水與活性污泥被膜分隔開來，廢水在膜內(nèi)流動，而含某種專性細(xì)菌的活性污泥在膜外流動，廢水與微生物不直接接觸，有機(jī)污染物可以選擇性透過膜被另一側(cè)的微生物降解。由于萃取膜兩側(cè)的生物反應(yīng)器元和廢水循環(huán)單元是各自獨(dú)立，各單元水流相互影響不大，生物反應(yīng)器中營養(yǎng)物質(zhì)和微生物生存條件不受廢水水質(zhì)的影響，使水處理效果穩(wěn)定。系統(tǒng)的運(yùn)行條件如HRT和SRT可分別控制在最優(yōu)的范圍，維持最大的污染物降解速率。

（3）固液分離型膜生物反應(yīng)器

固液分離型膜生物反應(yīng)器是在水處理領(lǐng)域中研究得最為廣泛深入的一類膜生物反應(yīng)器，是一種用膜分離過程取代傳統(tǒng)活性污泥中二次沉淀池的水處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的廢水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運(yùn)行狀況，改善污泥沉降性必須嚴(yán)格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在1.5～3.5g／L左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負(fù)荷與降低污泥負(fù)荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費(fèi)用占污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用的25％～40％。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。針對上述問題，MBR將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合，大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時，通過降低F／M 比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。根據(jù)膜組件和生物反應(yīng)器的組合方式，固液分離型膜生物反應(yīng)器可將膜生物反應(yīng)器分為分置式、一體式以及復(fù)合式三種基本類型。