本发明涉及一种耦合曝气与集水膜元件的生物反应器，包括供气管、出水管、膜元件、填料、壳体，壳体内分布放置膜元件，膜元件成排竖立在壳体内，膜元件外布有填料，膜元件上端连接供气管，膜元件上端或下端连接出水管，壳体下部设有污水进水口。膜元件为管状圆柱形。壳体可制成圆形或方形。本发明将曝气，菌种，固液分离过程设备集为一体，解决了设备繁多，不易检修，检修需要停产等问题；供气与出水交换间歇运行，可在设备中形成缺氧好氧环境，更好地达到生物处理效果；膜元件中通入空气，起到反冲洗作用，改善了膜污染问题；在膜元件上放置填料，增加了水中的MLSS，提高了处理效果。