其優(yōu)點是幾乎可完全脫除SS、一般的細菌、病毒、大腸桿菌等，且可脫色，減少生成三氯甲烷（THM）的前驅(qū)物，出水水質(zhì)優(yōu)良，由于膜裝置占用的空間小，特別適合于老廠改造升級或建廠空間受限制的條件下采用。
在城市污水的處理、回用中，膜過程常用于二級處理后的深度處理中，多以微濾（MF）、超濾（UF）替代常規(guī)深度處理中的沉淀、過濾、吸附、除菌等處理，以納濾膜（NF）、反滲透（RO）進行水的軟化和脫鹽。在中水回用中，目前使用最多的是以MF、UF與活性污泥組成的膜生物反應器。
工業(yè)廢水組成各不相同，回用目的也各異，膜技術(shù)的應用也多種多樣。但不管在哪一種廢水處理中，膜技術(shù)都必須與其他技術(shù)合理配合才能發(fā)揮其作用。因為污水的成分極其復雜，不同的回用目的，要求的水質(zhì)標準和處理工藝也各不相同，任何一種單一的水處理技術(shù)都難以達到回用水的水質(zhì)要求。
一般認為MF可脫除污水中微生物、細菌、蟲卵、病毒，UF可脫除污水中的大分子，如蛋白質(zhì)、腐殖酸及某些生成THM的前驅(qū)物和染料。經(jīng)MF和UF處理的污水溶解鹽及大部分離子仍難以脫除，必須經(jīng)RO膜才能將這些組分脫除。二級出水經(jīng)RO處理后可達到飲用水標準，其脫鹽率可達90％以上，水回收率75％以上，COD和BOD的去除率85％以上。但RO需在較高壓力下操作，費用較高，以前在污水處理中使用比較多的是MF和超濾膜。近年開發(fā)的NF膜可截留相對分子質(zhì)量大于200的低分子及二價和高價離子，對一價離子截留率很低，因此可在較低壓力下操作，且透水量大，運行費用低，在污水處理中可去除所有病毒、細菌、農(nóng)藥、表面活性劑以及三氯甲烷前驅(qū)物，這類物質(zhì)會與水中氯（如殺菌時加氯）反應生成THM之類的致癌物質(zhì)，由于這類前驅(qū)物大多為低分子有機物，用常規(guī)的水處理技術(shù)及MF、UF均難以很好脫除，而NF可除去二級出水中90％以上的溶解碳和THM前驅(qū)物以及2／3的鹽度、4／5的硬度，出水符合美國1986年安全飲用水法律對污染物的規(guī)定。
荷電膜的電滲析是在電場力作用下的膜過程，多用于工業(yè)廢水的處理和回用，如電鍍廢水中金屬離子之類的荷電離子的分離、回用。
液膜技術(shù)因可利用化學反應促進傳質(zhì)過程，傳質(zhì)速度快，分離效率高，在含酚廢水等的處理中已有中試規(guī)模的應用研究。
將膜分離（以MF、UF為主，也有用NF）與生物反應結(jié)合的膜生物反應器（MBR）在污水處理中用得最多的是膜分離活性污泥法，即以膜分離代替常規(guī)活性污泥中以重力進行沉降分離的二沉池，具有裝置緊湊、出水水質(zhì)好等優(yōu)點。
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