На этапе биологической очистки сточные воды сначала попадают в зону биохимической реакции, где микроорганизмы в активном иле адсорбируют и разлагают загрязняющие вещества, такие как органические вещества и аммиачный азот. Поскольку система MBR не использует гравитационное осаждение для удаления осадка, а вместо этого использует мембраны для удержания, внутри реактора может поддерживаться высокая концентрация микробных сообществ, что делает процесс разложения загрязняющих веществ более полным и стабильным.
Затем смешанная жидкость проходит через мембранные модули (обычно мембраны для микрофильтрации или ультрафильтрации). Под всасыванием или давлением молекулы воды и небольшие молекулы проникают через поры мембраны, образуя пермеат, в то время как взвешенные твердые вещества, ил и большинство микроорганизмов полностью удерживаются внутри реакционного резервуара. Этот процесс обеспечивает полное разделение чистой воды и осадка, избегая проблем с потерей осадка, которые могут возникнуть в традиционных вторичных отстойниках.
Во время работы система аэрации постоянно промывает поверхность мембраны, чтобы уменьшить прилипание загрязняющих веществ; а периодическая обратная промывка или химическая очистка восстанавливают мембранный поток. Именно этот интегрированный механизм «биохимическая деградация + физическое разделение» позволяет мембранам MBR обеспечить эффективную, стабильную и многоразовую очистку сточных вод при относительно небольших затратах.