MBR膜將常規生物處理（例如活性污泥）工藝與膜過濾相結合，可提供較高水平的有機物和懸浮物去除效果。如果進行相應的設計，這些系統還可以提供更高水平的營養去除。在MBR膜系統中，將膜浸沒在曝氣生物反應器中。膜的孔隙率范圍從0.035微米到0.4微米（取決于MBR膜廠家），被認為在微濾和超濾之間。
這種過濾水平可將高質量的廢水從膜中抽出，并消除了通常用于廢水處理的沉淀和過濾過程。因為消除了對沉淀的需要，所以生物過程可以在更高的混合液濃度下進行。這大大減少了所需的工藝槽，并允許許多現有工廠進行升級而無需添加新的槽。為了在膜周圍提供最佳的通氣和沖刷。
MBR膜工作原理概述：
在傳統的污水生物處理技術中，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行狀況，改善污泥沉降性必須嚴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1.5~3.5gL左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（HRT）與污泥齡（SRT）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的25%~40%。傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。
MBR工藝通過將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，不僅省去了二沉池的建設，而且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（特別是優勢菌群）的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低F/M比減少剩余污泥產生量（甚至為零），從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題。
MBR膜組件工作原理：
像在任何其他反應堆中一樣，MBR膜內的流體動力學（或混合）在確定MBR內的污染物去除和結垢控制中起著重要作用。它對MBR的能量使用和尺寸要求有重大影響，因此MBR的整個生命周期成本很高。
流體元素在MBR中停留的時間長度（即停留時間分布或RTD）極大地影響了污染物的去除。的停留時間分布是的描述流體力學 /系統中的混合，并通過MBR的設計（例如MBR大小，入口/再循環流速，壁/擋板/混合器/曝氣機定位，混合能量輸入）被確定。混合效果的一個例子是，連續攪拌釜反應器的單位體積反應器污染物轉化率不會像活塞流反應器那樣高。
如前所述，結垢的控制主要是使用粗氣泡曝氣進行的。氣泡在膜周圍的分布，在膜表面上用于去除濾餅的剪切力以及氣泡的大小受系統的混合/ 流體動力學的很大影響。系統內的混合也會影響可能的污垢的產生。例如，未完全混合的容器（即活塞流反應器）更容易受到沖擊載荷的影響，沖擊載荷可能導致細胞裂解和可溶性微生物產物的釋放。
許多因素影響廢水處理過程的流體動力學，從而影響MBR。這些范圍從物理性質（例如混合物流變學和氣體/液體/固體密度等）到流體邊界條件（例如入口/出口/循環流量，擋板/混合器位置等）。但是，許多因素是MBR特有的，這些因素涵蓋了濾池的設計（例如，膜類型，歸因于膜的多個出口，膜的堆積密度，膜的方向等）及其操作（例如，膜松弛，膜反沖洗等）。
應用于MBR的混合建模和設計技術與用于常規活性污泥系統的技術非常相似。它們包括相對快速，容易的分區建模技術，該技術僅會得出過程（例如MBR）或過程單元（例如膜過濾容器）的RTD，并依賴于每個子單元混合特性的廣泛假設。 計算流體動力學另一方面，建模（CFD）并不依賴于混合特性的廣泛假設，而是試圖從基本水平上預測流體動力學。它適用于所有規模的流體流動，并且可以揭示有關過程中混合的許多信息，范圍從RTD到膜表面的剪切曲線。
膜在MBR廢水處理過程中，通過微濾（MF）或超濾（UF）膜實現固液分離。膜只是一種二維材料，通常用于根據流體的相對大小或電荷將其分離。膜僅允許運輸特定化合物的能力稱為半滲透性（有時也具有滲透選擇性）。這是一個物理過程，其中分離的成分在化學上保持不變。通過膜孔的成分稱為滲透物，而被拒絕的成分形成濃縮物或截留物。
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