mbr膜设备所应用的领域进入90年代中后期，mbr膜设备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。日本三菱人造丝公司也是世界上浸入式中空纤维膜的提供商，其在mbr的应用方面也积累了多年的经验，在日本以及其他建有多项实际mbr工程。日本kubota公司是另一个在膜-生物反应器实际应用中具有竞争力的公司，它所生产的板式膜具有流通量大、耐污染和工艺简单等特点。国内一些研究者及企业也在mbr实用化方面进行着尝试。
现在，mbr膜设备已应用于以下领域:
一、城市污水处理及建筑中水回用
1967年个采用mbr膜设备的废水处理厂由美国的dorr-oliver公司建成，这个处理厂处理14m3/d废水。1977年，一套污水回用系统在日本的一幢高层建筑中得到实际应用。1980年，日本建成了两座处理能力分别为10m3/d和50m3/d的mbr处理厂。90年代初期，日本就有39座这样的厂在运行，大处理能力可达500m3/d，并且有100多处的高楼采用mbr将污水处理后回用于中水道。1997年，英国wessex公司在英国porlock建立了当时世界上大的mbr系统，日处理量达2，000m3，1999年又在dorset的swanage建成了13，000m3/d的mbr工厂[14]。
1998年5月，清华大学进行的一体式膜-生物反应器中试系统通过了鉴定。2000年初，清华大学在北京市海淀乡医院建起了一套实用的mbr系统，用以处理医院废水，该工程于2000年6月建成并投入使用，目前运转正常。2000年9月，天津大学杨造燕教授及其*的科研小组在天津新技术产业园区普辰大厦建成了一个mbr示范工程，该系统日处理污水25吨，处理后的污水全部用于卫生间的冲洗及绿地浇洒，占地面积为10平方米，处理每吨污水的能耗为0.7kw·h。
二、工业废水处理
90年代以来，mbr的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以外，mbr在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工废水，均获得了良好的处理效果。90年代初，美国在ohio建造了一套用于处理某汽车制造厂的工业废水的mbr系统，处理规模为151m3/d，该系统的有机负荷达6.3kgcod/m3·d，cod去除率为94%，绝大部分的油与油脂被降解。在荷兰，一脂肪提取加工厂采用传统的氧化沟污水处理技术处理其生产废水，由于生产规模的扩大，结果导致污泥膨胀，污泥难以分离，后采用zenon的膜组件代替沉淀池，运行效果良好。
三、微污染饮用水净化
随着氮肥与杀虫剂在农业中的广泛应用，饮用水也不同程度受到污染。lyonnaisedeseaux公司在90年代中期开发出同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂、去除浊度功能的mbr工艺，1995年该公司在法国的douchy建成了日产饮用水400m3的工厂。出水中氮浓度低于0.1mgno2/l，杀虫剂浓度低于0.02μg/l。