Los Reactores Biológicos de Membrana  (reactor biológico + ultrafiltración) se incluyen en las denominadas tecnologías de membrana, las cuales han experimentado un gran desarrollo en la última década. La aplicación de estas tecnologías a los MBR permite la separación del fango y el líquido mediante membranas, obteniendo ventajas importantes frente a la separación en los tradicionales decantadores secundarios. El aumento de la demanda de agua ha impulsado la implantación de estos sistemas a escala real, especialmente en aquellos casos en que se plantea la posibilidad de reutilización de agua.

La demanda de agua potable aumenta constantemente debido fundamentalmente al desarrollo industrial y al aumento de la densidad de población en zonas concretas y, como consecuencia, la cantidad de agua residual que se vierte. Este incremento en la demanda y el volumen de agua contaminada y su impacto sobre el medio está haciendo que la presión sobre los niveles de contaminación sea más exigente y la calidad requerida se acerque a los requerimientos de reutilización. Los reactores biológicos de membrana suponen un adelanto a los sistemas tradicionales, incorporando en una única etapa las operaciones de aireación, decantación secundaria y filtración.

Su funcionamiento se basa en que el agua del reactor biológico es filtrada pasando a través de las paredes de una membrana, debido a una pequeña depresión producida por una bomba centrífuga. El agua filtrada es extraída del sistema mientras el fango y los compuestos de tamaño superior al poro de la membrana quedan retenidos y permanecen o retornan al reactor biológico.

Este ciclo se alterna con un corto contralavado, en el que se invierte el sentido del flujo para forzar el paso del agua filtrada desde el interior al exterior de la membrana para limpiarla. Periódicamente, en función del grado de ensuciamiento, se realizan limpiezas químicas en profundidad de las membranas mediante su inmersión en una solución de limpieza.

Los MBR están compuestos por dos partes principales:

- Reactor biológico: responsable de la degradación de los compuestos presentes en el agua residual.

- Módulo de membranas: encargado de llevar a cabo la separación física  del licor de mezcla.

Además, estos sistemas pueden adoptar dos configuraciones básicas:

• Membranas sumergidas o sistema sumergido: Las membranas se sitúan dentro del propio reactor biológico, eliminando las necesidades de bombeo y aprovechando la agitación mecánica de la aireación.

• Membranas externas o sistema de bucle externo: El contenido de reactor biológico se bombea al módulo de membranas. Las ventajas de este modelo residen en que el propio módulo de membranas sirve de contenedor de limpieza para las mismas y se evita su manipulación.

La elección de un sistema u otro depende de cada caso, la ubicación concreta y las instalaciones existentes.

Estos sistemas presentan una serie de ventajas y desventajas frente a los sistemas tradicionales:

- Operación de la planta con concentraciones de fango superiores (MLSS: 10 –20 g/l) a las del tratamiento convencional (MLSS: 3-4 g/l).

- La filtración por membrana garantiza una calidad de agua tratada independientemente de la decantabilidad del fango. Las membranas retienen los sólidos en suspensión y sustancias coloidales, lo que permite su reutilización para diversos usos.

- Planta es más compacta, al prescindir del decantador secundario y reactor biológico mucho más pequeño (se puede reducir hasta 1/3).

- Flexibilidad de operación: SRT y HRT se pueden controlar independientemente y con ello se puede mantener una edad del fango elevada que permita el desarrollo de microorganismos de crecimiento lento (nitrificantes...).

- La oferta de nutrientes en el biorreactor respecto a la biomasa puede ser regulada, de forma que se generan tiempos de permanencia prolongados de la biomasa y de los nutrientes en el sistema, minimizando así la formación de lodos excedentes.

- Elevado coste de implantación y explotación.

- Las altas concentraciones de fango pueden influir de forma negativa en el rendimiento de la membrana, aumentando el TPM (Transmembrane Pressure) o disminuyendo el flujo a través de la membrana.

Actualmente, en España existen varias instalaciones de este tipo, empleándose tanto para aguas residuales industriales como para aguas urbanas, siendo especialmente utilizado en el tratamiento de aguas para reutilización.