膜生物反应器(MBR)又称膜生物反应器，是膜技术与废水生物处理技术有机结合的一种新型高效废水处理工艺。20世纪70年代起源于美国。
在污水处理和水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器，是一种将活性污泥法和膜分离技术相结合的新型水处理技术。膜的种类很多，按分离机理分类，包括反应膜、离子交换膜、渗透膜等。按膜的性质，有天然膜(生物膜)和合成膜(有机膜和无机膜)；根据膜结构，有扁平、管状、螺旋状和中空纤维。
MBR工艺分类分离式膜生物反应器分别设置膜组件和生物反应器，如图3所示。生物反应器中的混合液由循环泵加压，然后泵送到膜组件的过滤端。在压力下，混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。固体、大分子物质等。被膜截留并与浓缩液一起流回生物反应器。分离式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换和添加。并且膜通量通常较大。但一般情况下，为了减少膜表面污染物的沉积，延长膜的清洗周期，需要使用循环泵在膜表面提供较高的错流速度，这需要大量的水循环和较高的动力成本(Yamamoto，1989)，泵高速旋转产生的剪切力会使部分微生物细胞失活(Brockmann和Seyfried，1997)。
一体式膜生物反应器是将膜组件置于生物反应器内部，进水进入膜生物反应器，其中大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，然后出水在外压作用下进行膜过滤。这种膜生物反应器由于省去了混合液循环系统，泵出水，所以能耗相对较低。与分体式相比，它占地更紧凑，近年来在水处理领域引起了特别的关注。但是一般膜通量比较低，容易出现膜污染。膜污染后，不容易清洗和更换。
复合膜生物反应器在形式上也属于一体式膜生物反应器，但不同的是在生物反应器中加入填料形成复合膜生物反应器，改变了反应器的一些特性。
MBR (1)的显著特点是污染物去除率高，抗污泥膨胀能力强，出水水质稳定，出水无悬浮物，能去除细菌和病毒，是原水处理后无需消毒的工艺；
(2)易于集成，易于自动控制，易于操作。同时实现了SRT和HRT的完全分离；
(3)膜的机械封闭可以避免微生物的流失，生物反应器中污泥浓度可以达到35g/L，增加了容积负荷，节省了设备占地面积；
(4)延长4)SPR有利于慢生菌如硝化细菌的截留和生长，从而提高系统的硝化能力和难降解有机物的降解速率；
(5)剩余污泥量少，污泥处置成本低；
(6)受膜面流速剪切力的影响，污泥絮体平均粒径变小，污泥氧转移速率提高26% ~ 60%；
(7)制造成本高，易污染膜，能耗高。
(8)出水外观上水质清澈透明；
(9)出水水质高且稳定，出水水质中有机污染物CODCr、BOD5、NH3-N、磷酸盐、SS低，细菌、病毒、寄生虫卵均被隔离；
(10)处理流程短，占地面积小，省去了二沉池和过滤器，节省了工程投资；
(11)MBR生物反应器能截留所有微生物，污泥浓度高，泥龄长，硝化效果提高，能有效去除氮和磷；
(12)剩余污泥产量少
(14)MBR生物反应器是膜处理和生物处理的有效结合。该系统结构紧凑简单，运行稳定灵活，运行管理和维护简单，可实现自动控制。
(15)占地面积小，不受设置场合的限制。
(16)可去除氨氮和难降解有机物。
(17)操作管理方便，易于实现自动控制。
(18)很容易从传统工艺转化过来。
MBR的应用领域一、城市污水处理和建筑中水回用
1967年，美国Dorr-Oliver公司建成了第一座采用MBR工艺的污水处理厂，日处理废水14m 3。1977年，污水回用系统在日本的一座高层建筑中投入实际使用。1980年，日本建成了两座处理能力分别为10m 3 /d和50m 3 /d的MBR处理厂。上世纪90年代初，日本有39座这样的工厂在运行，最大处理能力为500m 3 /d，100多座高层建筑采用MBR处理污水并回用于中水渠道。1997年，英国威塞克斯公司建立了世界位于英国波尔洛克的美国最大的MBR系统，日处理能力为2,000 m3。1999年，一个13，000 m3/d的MBR工厂在多塞特郡的Swanage建成[14]。
1998年5月，清华大学一体式膜生物反应器中试系统通过国家鉴定。2000年初，清华大学在海淀乡镇医院建设了一套实用的MBR系统处理医院废水。该项目于2000年6月建成并投入使用，目前运行正常。2000年9月，天津大学杨早彦教授及其研究团队在天津新技术产业园区陈普大厦建立了MBR示范工程。该系统每天可处理25吨污水，处理后的污水全部用于冲厕所和浇灌绿地，占地10平方米。处理每吨污水的能耗为0.7 kWh
二、工业废水处理
自20世纪90年代以来，MBR的处理对象不断扩大。除了中水回用和粪便污水处理，MBR在工业废水处理中的应用也受到了广泛的关注，如食品工业废水、水产品加工废水、水产养殖废水、化妆品生产废水、染料废水和石化废水等，都取得了良好的处理效果。20世纪90年代初，美国在俄亥俄州建设MBR系统处理某汽车厂工业废水，处理能力为151 m3/d，系统有机负荷达到6.3kg COD/m3d，COD去除率为94%，大部分油脂得到降解。在荷兰，一家脂肪提取和加工厂采用传统的氧化沟废水处理技术处理其生产废水。由于生产规模的扩大，污泥膨胀，难以分离。最后用Zenon膜组件代替沉淀池，运行效果良好。
三、微污染饮用水的净化
随着氮肥和农药在农业上的广泛应用，饮用水受到不同程度的污染。LyonnaisedesEaux公司在20世纪90年代中期开发了同时具有生物脱氮、农药吸附和除浊功能的MBR工艺。1995年，该公司在法国Douchy建立了一家工厂，日饮用水处理能力为400m 3。出水氮浓度低于0.1微克/升，农药浓度低于0.02微克/升.
四、粪便污水处理
废水中有机物的含量很高。传统的脱氮方法要求污泥浓度高，固液分离不稳定，影响三级处理效果。MBR的出现很好地解决了这个问题，使粪便污水不经稀释直接处理成为可能。
日本开发了被称为NS系统的粪便处理技术，其核心部分是平板膜装置和好氧高浓度活性污泥生物反应器系统。NS系统于1985年在日本埼玉县和歌山建成，生产规模为10 kL/d，1989年在长崎县和熊本县相继建成新的粪便处理设施。NS系统中，每组平膜约0.4m 2，几十组并排安装，成为可自动开洗的框架装置。膜为截留分子量的聚砜超滤膜
五、垃圾填埋场/堆肥渗滤液处理
垃圾填埋/堆肥渗滤液含有高浓度的污染物，其水质和水量随着气候条件和运行条件的变化而变化。在1994年之前，许多污水处理厂将MBR技术用于这种污水处理。MBR与RO技术相结合，不仅能去除SS、有机物和氮，还能有效去除盐类和重金属。最近，美国Environmental Gen公司开发了一种处理垃圾渗滤液的MBR，并在新泽西州建成了一套日处理能力为40万加仑(约1500 m3/d)的装置，于2000年底投入运行。这种MBR利用一种天然混合菌分解渗滤液中的烃类和氯代化合物，其污染物浓度是常规废水处理装置的50-100倍。产生这种处理效果的原因是MBR能够截留高效细菌，使细菌浓度达到50000mg/L.在现场中试中，进水COD几百到四万，污染物去除率达90%以上。
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