本发明公开了一种膜生物反应系统，旨在提供一种结构紧凑，占用空间小，能够降低进入浸没式膜处理单元的污泥浓度，延长膜组件的使用时间的膜生物反应系统。生物处理单元的好氧池与浸没式膜处理单元的膜池之间有泥水分离装置，所述泥水分离装置包括池体、第一导流墙、第二导流墙、第三导流墙、曝气装置，池体底部一侧有曝气装置，第一导流墙与水平方向成110-120°角向外倾斜设置，第三导流墙的下端与第一导流墙下端在池体底部的投影点相对应，第三导流墙与池体的底部成60-75°角向外倾斜，第二导流墙垂直于池体的池底并位于第一导流墙与第三导流墙之间。该系统不需要将混合液进行完全分离，停留时间短，结构紧凑，占用空间小。