Membran teknolojisi, atık su arıtımında devrim niteliğinde yeni bir konsepte yol açmıştır. Membran Biyoreaktörler (MBR) biyolojik arıtım prosesi ile yarı geçirgen membran teknolojisini birleştiren atıksu arıtımında kullanılan ileri arıtım prosesidir. Membranlar, çok düşük bakteri sayılarına sahip düşük bulanıklıklı bir arıtma tesisi çıkış suyu üretmek için bakterilere ve askıda katı maddelere karşı bir bariyer görevi görür. Membran Biyoreaktör (MBR), mikrofiltrasyon veya ultrafiltrasyon gibi bir membran prosesinin askıya alınmış bir büyüme biyoreaktörü ile birleşimidir. Bu çok kompakt düzenleme, yeniden kullanım uygulamaları için veya Ters Ozmoz arıtması için yüksek kaliteli bir besleme suyu kaynağı olarak uygun bir MF/UF kalitesinde atık üretir. Batık sistemin enerji talebi, yan akım sistemlerine göre 2 kata kadar daha düşük olabilir ve batık sistemler daha düşük bir akışta çalışarak daha fazla membran alanı talep eder. Daldırılmış konfigürasyonlarda havalandırma, hem hidrolik hem de biyolojik proses performansları üzerinde ana parametrelerden biri olarak kabul edilir. Havalandırma, katıları süspansiyonda tutar, membran yüzeyini temizler ve biyokütleye oksijen sağlayarak daha iyi biyobozunurluğa ve hücre sentezine yol açar.
Membran Biyoreaktörler (MBR), 10-20 gün kadar düşük katı tutma sürelerinde (SRT) çalışır, bu da daha yönetilebilir karışık sıvı askıda katı madde (MLSS) seviyeleri (10-15 g/L) sağlar. Bu yeni çalışma koşulları nedeniyle, MBR'deki oksijen transferi ve pompalama maliyeti azalmış ve genel bakım basitleştirilmiştir. Tipik hidrolik tutma süreleri (HRT) 3 ile 10 saat arasında değişir. Membran konfigürasyonları açısından, Membran Biyoreaktör uygulamaları için ağırlıklı olarak içi boş fiber ve düz levha membranlar uygulanır.
Her teknolojik gelişmenin bir sorunun cevabı şeklinde olduğunu düşünürsek MBR sisteminin doğuşu için akla gelen en temel sorular, alandan nasıl tasarruf edileceği, arıtma veriminin nasıl artacağı ve atıksuyun etkin şekilde nasıl geri kazanılacağıdır. MBR sistemi konvansiyonel biyolojik arıtım proseslerine kıyasla çok daha az yer kaplayan ve daha düşük biyolojik parçalanabilirliğe sahip olan atıksular için yüksek kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) giderim verimliliğine sahip olan sistemlerdir. Az yer kaplaması sayesinde arazi maliyetlerinin yüksek olduğu bölgelerde en büyük tercih sebebi olmaktadır.