美国的许多废水处理设施在70 年代晚期和80 年代初期因应洁净水行动（the Clean Water Act）的要求，按照二级处理的标准进行了升级。今天, 除了必须更新老化设备外, 市政部门还不得不面对许多新的挑战，比如：人口的不断增长；越来越多的严格的排放标准出台；设备改进的经费紧缩、运行和维护及应用新的污水技术的财政预算有限等实际问题。
在废水处理中，膜的应用是一项逐渐为人们所接受的新技术。将膜和废水处理结合起来的研究早在35 年前就开始了，但是第一次商业应用则出现在80 年代中期。在一个常规的活性污泥处理过程中， 液体和固体的分离是发生在二级沉淀池中，整个处理效果则取决于活性污泥的稳定性和沉淀池的设计运作。使用膜技术进行液体和固体分离的效果则取决于膜孔大小。目前，根据膜孔的大小，膜可以分成四类：微细过滤膜和超过滤膜，把它与生物过程相结合就是膜生物反应器， 也就是我们通常所知的MBR。其它两种类型的膜是纳微超滤膜和逆渗透膜，这已经在水处理领域中广泛应用很多年了。现在，在废水处理中，纳微超滤膜和逆渗透膜正在开始被应用于从MBR 处理过的水中分离溶解盐。
由四个MBR 膜制造商提供的信息显示，使用MBR 技术的水厂数量和规模都在迅速增长。较早使用膜生物反应器的水厂其处理能力通常少于0.2 百万加仑/天（mgd）。最近五年来，水厂的处理能力已高达6.0mgd，而正在建的水厂中，有的最终的设计处理量都达到了47.0 mgd 。毫无疑问，MBR 的技术已得到肯定。现在面临的问题是，MBR 技术是否对任何水厂都是经济有效的。这个问题的答案应该取决于财政状况和对水质量要求的两个方面。以下两个实际项目案例（由美国HDR公司实施）可以说明对这些因素如何权衡考虑。
提高延时曝气水处理厂性能和能力
1999 年，HDR公司受南加州 一游戏娱乐单位邀请，对已有的 延时曝气式水处理厂进行技术评估，因为此水厂现有处理水平无法达到当地水质管理机构制定的严格的废水排放标准。该水厂设计水处理能力为150,000 加仑/天（gpd），但当流量超过了70,000 gpd 时，便无法达到要求的水质指标标准。研究认为，不能达到排放水质标准的主要原因是进水水量和有机污染物负荷量变化幅度大，及旅游娱乐场废水排放量增加迅速。
为了提高处理厂性能和处理能力，HDR的工程师和环境学家，针对以下特有的要求 对不同废水处理技术及流程进行了综合评价。
控制流量和有机污染物负荷量范围
现有设备利用最大化
可用土地利用最大化
压缩时间表，高速设计和建设设施；并且
促进未来循环水再利用项目的实施。
被评估的几种不同的水处理流程包括：并行延时曝气池，传统式活性污泥处理系统，时序批反应器，以及将现有的反应池改建为膜生物处理系统。
工程学评估的结论表明，符合客户水质要求目标的最佳处理过程是膜处理系统（MBR）。由于膜技术仍是相当新的技术，客户和咨询工程师都需要积累更多的信息和经验，以获得对此技术应用的更大信心。因此相信，这个新的处理程序是必然会成功的。最后，他们参观了世界各地，尤其是美国之外应用膜技术的水厂，检查了运行和维护数据，并且和处理厂的操作人员作了交谈。
在要求有一个详细的项目方案的前提下，包括有设备性能约定，延长性能保证期和延长膜质量保证期，大家一致同意使用MBR 处理过程。
完整的项目方案应包括 膜和模块化的关联设备，它有利于今后水厂的进一步扩建。现在，该设施的水处理量为300,000 gpd，而且不需要扩建已有反应池的容积 。
水厂运行后，出水混浊度只有California’s Administrative Code Title 22循环再利用水标准规定的限度的十分之一。此处理流程不需要用二次沉淀、混凝、絮凝、和三级水过滤处理。
此处理系统的优点是，可以承受进水有机污染物负荷量的大幅波动；污泥产出量比延时曝气系统少；以及由于膜分离可以去除很大一部分大肠杆菌，并且可以显著地减少其后加氯消毒过程中氯的需求量。
提升活性污泥的处理效率
今年初，HDR 受一个南加州政府机关的委托，负责一个有30，000人口社区的废水处理和排放设备。现有的设施的平均流量为4.5 mgd，是一个传统的活性污泥水处理系统，并且利用灌溉区和渗透过滤池来进行最后的出水排放。直到最近，处理过程中所产生的污泥还是经由有氧消化处理后，直接堆放在灌溉区的土地上。现有的水处理及污泥处置方式导致处理厂所在地的地下水含氮量增高。水质管理机构最近发布一道禁令对现场污泥处理加以禁止。预计以后经过修改的新废物排放标准可能把水中总氮量限定在5 mg/L以 下。
根据初步评审，如果将现有活性污泥系统改为硝化—脱氮模式的处理系统，现有设施的处理能力会从4.5 mgd减少到3.4 mgd ，如果要把该设施的处理能力带回到4.5 mgd 并使氮浓度总量降低到5 mg/L 以下，则需要扩建水厂。MBR 是所有推荐项目中被评估的技术之一。如果利用传统活性污泥系统，要达到所需的处理能力且符合预期的总含氮量限制，则需要扩建预沉池、曝气池、二沉池及三级过滤器，还要有去除有机氮气的过滤器。
如果选用MBR系统，则不需要扩建已有的曝气池，也不会要求有另外的沉淀池，而且可将现有的浅长方形二级沉淀池改成加氯消毒接触沉淀池。推荐项目的主要依据是比较MBR模式和硝化—脱氮—过滤模式的经济效益分析的结果。其它纳入评估的因素包括预期的废水处理能力能否够满足人口的增长的需要，以及希望能够利用循环水来进行土地灌溉。
结 语
大致而言，那些需要增加处理能力，提高排放质量或考虑水循环再利用的市政部门，将会面对相似于上述二例中所展现的问题和挑战。
市政部门在选择是否使用MBR系统的时候，以下这些情况可供参考：
MBR 技术持续以快节奏发展。随着MBR 技术操作和经验的积累，市政部门和工程界人士不用再担心他们是尝试新事物的第一人。
MBR在对水质要求很高的情况下，可以是经济的、有效的废水处理技术。
这个过程可以用较少的处理流程单元获得很高的排水质量。在水处理过程中，不需要二级沉淀池，也不需要混凝、絮凝和过滤。另外，由于膜处理可以去除病原体的水平高出其他处理技术，所以用于消毒的费用降低了。
因为MBR不再需要以上所列的处理单元 ，所以同其它处理技术相比，它占地面积小，出水质量高。
使用MBR技术、配合适当的设计，可以很容易的采用增加膜模块的方式来提高处理量。
MBR与其他传统处理技术相比，产生的污泥量少。
MBR系统的自动化程度高，操作简单，只需较少工作人员。
很多水厂的扩建可以利用已有的反应池改建为MBR系统。
现有的七个可商业利用的MBR 系统使用不同的膜孔尺寸，它们的清洗膜的方法，过滤水抽取方式，膜表面每平方英尺的水负荷量和膜的配置也不相同。这些产品的不兼容，对系统设计来讲是一个挑战。一个最经常使用的方法是在开始详细设计之前先选定一个膜设备供应商。
