本实用新型公开了一种高密度膜生物反应器，包括缺氧区和好氧区，还包括设置在缺氧区中心处的脱氧区，脱氧区通过支架固定在缺氧区中；好氧区内设有膜组件，脱氧区内设有导流板，好氧区内的水通过气提管切向进入脱氧区中，气提管入水口处伸入有曝气管，曝气管与外部曝气装置连接，曝气管的外径小于气提管的内径。本实用新型膜生物反应器不需要采用潜水泵或离心泵将好氧池的水回流至缺氧池中，有效降低了系统的故障率；另外，在缺氧区中设置脱氧区，通过在脱氧区中形成斡旋流，不仅不需要使用机械搅拌，降低能耗，而且还能够使微生物与水体充分接触，并且还能大大降低回流液中的溶解氧。