一体式把膜组件置于生物反应器内部。进水进入膜--生物反应器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在外压作用下由膜过滤出水。这种形式的膜--生物反应器由于省去了混合液循环系统，并且靠抽吸出水，能耗相对较低；占地较分置式更为紧凑，在水处理领域受到了特别关注。但是一般膜通量相对较低，容易发生膜污染，膜污染后不容易清洗和更换。复合式形式上也属于一体式膜--生物反应器，所不同的是在生物反应器内加装填料，膜片焊接技术，从而形成复合式膜--生物反应器，改变了反应器的某些性状。
应用领域：进入90年代中后期，膜--生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。加拿大Zenon公司首先推出了超滤管式膜--生物反应器，并将其应用于城市污水处理。为了节约能耗，该公司又开发了浸入式中空纤维膜组件，其开发出的膜--生物反应器已应用于美国、德国、法国和埃及等十多个地方，规模从380m3 /d至7600m3/d。国内一些研究者及企业也在MBR实用化方面进行着尝试。
在污水处理，水资源再利用领域，MBR又称膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。按照膜的结构可分为平板膜、管状膜和中空纤维膜等 ，按膜孔径可划分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。
膜--生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成。通常提到的膜--生物反应器实际上是三类反应器的总称：① 曝气膜--生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor， AMBR) ；② 萃取膜--生物反应器（ExtractiveMembrane Bioreactor， EMBR）；③ 固液分离型膜--生物反应器（Solid/Liquid SeparationMembrane Bioreactor， SL***BR， 简称 MBR）。
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