MBR膜对悬浮固体(SS)浓度和浊度有着非常良好的去除效果。由于膜组件的膜孔径非常小(0.01~1μm)，可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥都截留下来，其固液分离效果要远远好于二沉池，MBR对SS的去除率在99%以上，甚至达到1o0%浊度的去除率也在90%以上，出水浊度与自来水相近。由于膜组件的高效截留作用，将全部的活性污泥都截留在反应器内，使得反应器内的污泥浓度可达到较高水平，可达40~50g/L，这样就大大降低了生物反应器内的污泥负荷，提高了MBR对有机物的去除效率。
对生活污水COD的平均去除率在94%以上，BOD的平均去除率在96%以上。同时，由于膜组件的分离作用，使得生物反应器中的水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)是完全分开的，这样就可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物(如硝化细菌)也能在反应器中生存下来，保证了MBR除具有高效降解有机物的作用外，还具有良好的硝化作用。
研究表明，MBR在处理生活污水时，对氨氮的去除率平均在98%以上，出水氨氮浓度低于1mg/L.
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