ממברנות MBR, המשלבות טיפול ביולוגי עם הפרדת ממברנות-ביעילות גבוהה, מציעות איכות שפכים יציבה ודורשות טביעת רגל מינימלית, מה שהופך אותן לשימוש נרחב בתרחישים שונים של טיפול בשפכים ושימוש חוזר.
ממברנות MBR משמשות בדרך כלל בבנייה או שדרוג של מתקני טיהור שפכים עירוניים. הם משיגים יעילות טיפול גבוהה עם טביעת רגל קטנה יחסית, ומייצרים קולחים העומדים בתקני מים מוחזרים וניתן להשתמש בהם לירוק עירוני, שטיפת כבישים או חידוש מים נופי, מה שהופך אותם למתאימים במיוחד לאזורים עירוניים גדולים עם משאבי קרקע מוגבלים.
ממברנות MBR מתאימות לטיפול בשפכים-בריכוז גבוה או סוררים מתעשיות כגון עיבוד מזון, תרופות, כימיקלים ואלקטרוניקה. בשל ריכוז הבוצה הגבוה ועמידות הלם חזק בתוך המערכת, הם יכולים לטפל בשפכים תעשייתיים בצורה יציבה יותר עם תנודות איכות משמעותיות תוך עמידה בדרישות הפרשה מחמירות או תקני שימוש חוזר.
ממברנות MBR מציעות גם יתרונות בשימוש חוזר במים אפורים ובתרחישי טיפול מבוזר. לדוגמה, מערכות לטיפול בשפכים- באתר בקהילות מגורים, בתי ספר, בתי מלון ושדות תעופה יכולות להשתמש בטכנולוגיית MBR כדי לטהר שפכים- באתר ולעשות בהם שימוש חוזר לצורך שטיפת שירותים, ירוק או גינון, ובכך לשפר את יעילות ניצול משאבי המים. בנוסף, מערכות MBR נמצאות בשימוש נרחב בטיפול חירום במים ובניהול אזורים רגישים מבחינה אקולוגית בשל המודולריות והיציבות שלהן.