一體化膜生物反應器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接種至液相或固相的反應系統。目前研究得最多的兩種反應器是“升降機型反應器”和“土壤泥漿反應器”。升降機型反應器是通過水相的流動來提供適當的營養、碳源和氧氣，從而達到降解土壤中污染物質的目的。與固相系統相比，能夠在更短的時間內將污染物進行有效降解。該生物反應器技術已經應用于有機污染土壤的生物修復中。
在微生物懸浮或附著生長的好氧或厭氧工藝中,可以使用微濾膜或超濾膜代替沉淀池,分離出水中的絮狀菌和非絮狀菌,該方法具有以下優點：
①無論污泥或者污泥指數處于何種狀態,該方法都能達到很好的澄清效果。因為膜甚至可以阻止非絮狀菌的通過,使出水中不含懸浮物(濁度<1NTU)。此外,當使用超濾膜時,出水相當于被全面消毒(能去除寄生蟲卵、細菌、甚至是病毒等病原體)
②由于無需沉淀池,微生物濃度可提高至6~12g/L。在相同的FM負荷下,與傳統活性污泥法比,曝氣池容積可縮小至原來的1/5~1/3。
③無需沉淀池和使用更小容積的一體化膜生物反應器器,土建費用和占地面積將顯著降低。
④可以通過水泵提供很高的能量,使懸浮生長的菌群絮體更細小。如此形成的劇烈混合,可以很好地解決絮凝體中底物與氧氣的擴散問題,從而加速了凈化速度,降低了污泥產量(特別是應用于某些工業廢水的處理時)。
⑤膜能夠確保某些大分子代謝產物被截留并被逐漸降解,最終出水COD要低于傳統活性污泥法。
該工藝的這些優點表明:增加的投資和能耗是值得的。例如,當排水標準很嚴格(自然環境非常敏感)或者出水需回收利用時。
