根據生物反應器是否供氧，膜生物反應器可分為好氧式膜生物反應器和厭氧式膜生物反應器兩種。根據膜組件設置的位置，膜生物反應器可分為分置式和一體式兩種。
分置式膜生物反應器的混合液經泵加壓后進入膜分離組件，在壓力作用下，混合液中的水透過膜成為處理出水，懸浮物和大分子物質等則被膜截留后，隨濃縮液回流到生物反應器內。分置式膜生物反應器的特點是運行穩定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換或增加。但為形成錯流過濾，減少污染物在膜表面的沉積，循環水泵的揚程和流量都很大，因此動力消耗較大，而且水泵葉輪的高速旋轉產生的剪切力會使某些菌體產生失活現象。
一體式膜生物反應器中，膜組件直接放在生物反應器內，通過真空泵或其他類型泵的抽吸，得到過濾液。為減少膜面污染和延長膜的使用周期，一般泵的抽吸是間歇進行的。和分置式膜生物反應器相比，一體式膜生物反應器的運行動力費用要低很多，目前廣泛使用的膜生物反應器多是一體式的。一體式膜生物反應器的缺點是管理操作較復雜，膜清洗和更換不如分置式簡單。
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