本发明公开了一种生物膜反应装置，包括箱体、设在箱体内的导流板、一组可拆卸膜组件、设在箱体上的箱盖，设在箱体侧面上的待处理水入口、回流入水口、上出水口、下出水口、回流出水口，所述可拆卸膜组件设在箱盖上并插入箱体内，所述可拆卸膜组件通过固定件进行固定。本发明还公开了基于此装置的膜反应系统。本发明排出脱落生物膜、离线清洗和更换生物膜生长源及拆装膜组件简单易行，从而使反应器能长期稳定运行，制造成本低，适用于多种不同类型的水处理工程场合使用，可自动控制运行的生物膜反应器。