根据生物反应器是否供氧，膜生物反应器可分为好氧式膜生物反应器和厌氧式膜生物反应器两种。根据膜组件设置的位置，膜生物反应器可分为分置式和一体式两种。
分置式膜生物反应器的混合液经泵加压后进入膜分离组件，在压力作用下，混合液中的水透过膜成为处理出水，悬浮物和大分子物质等则被膜截留后，随浓缩液回流到生物反应器内。分置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更换或增加。但为形成错流过滤，减少污染物在膜表面的沉积，循环水泵的扬程和流量都很大，因此动力消耗较大，而且水泵叶轮的高速旋转产生的剪切力会使某些菌体产生失活现象。
一体式膜生物反应器中，膜组件直接放在生物反应器内，通过真空泵或其他类型泵的抽吸，得到过滤液。为减少膜面污染和延长膜的使用周期，一般泵的抽吸是间歇进行的。和分置式膜生物反应器相比，一体式膜生物反应器的运行动力费用要低很多，目前广泛使用的膜生物反应器多是一体式的。一体式膜生物反应器的缺点是管理操作较复杂，膜清洗和更换不如分置式简单。
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