传统的水处理方法无法满足以再生回用为目的污水深度处理要求，必须依靠与膜技术的组合与集成来实现。应用于污水资源化的膜技术有微滤、超滤、反渗透、纳滤及膜生物反应器等。应用微滤或超滤处理二级废水，可以去除水中的悬浮物、细菌、胶体和病毒，出水可达到杂用水标准。通过纳滤、反渗透对三级废水进行进一步处理，可去除废水总的溶解杂质（有机物及有害矿物质），处理后水质可以达到自来水标准。膜生物反应器（MBR）技术可用于建设小区中水回用工程以及对工业和市政污水处理装置进行技术及规模升级。

在世界水资源普通趋向紧缺以及水环境的要求越来越高的形势下，应用于污水处理的膜技术的发展趋势是与去他单元技术组合形成集成系统、提高系统的稳定性、减少维护、适应大规模项目的要求。

（1）超滤、微滤技术

超滤膜能够分离溶解性的高分子物质，微滤膜能够分离所以得悬浮颗粒。在污水处理过程中，超滤、微滤膜过程都被用来去除悬浮固体细菌、病毒。超滤、微滤过程可以单独作为三级处理，生产高质量的回用中水；将超滤、微滤过程与活性污泥相结合形成膜生物反应器技术。超滤、微滤与反渗透、纳滤相结合的膜组合工艺，可以生产质量不低于新鲜水的回用再生水。采用超滤、微滤过程作为反渗透、纳滤的前处理工艺，可以大大提高反渗透、纳滤膜的工作效率和使用寿命。

（2）膜集成污水再生系统

根据放物质的成分的不同，处理方式有所差异，单一般是将膜技术与絮凝剂沉降、加压浮选和生物处理等技术配合起来使用。絮凝沉降时需根据水质的变化控制絮凝剂的投入量。生物处理时的处理效果受温度、浓度等因素的影响，水质较难保存稳定。膜分离法由于不受水质变动影响，且可去除可溶解成分的下水高度处理法已逐渐进入实用化阶段。

美国的做法很有还表性。在污水三级处理后增加##深度处理，经上述三级处理后的出水，采用微滤膜过滤和反渗透膜处理的方法，是目前较为成熟并已进入应用阶段的工艺技术。处理后的出水水质可达饮用水的谁标准，目前多用于补充作为饮用水水源的地表水或地下水。

（3）膜生物反应器技术

近年来，随着膜生产技术的提高和生产成本的降低，膜技术在污水处理领域中的应用，特别是于生物反应器相组合的膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术在国际上受到了广泛关注。以超滤或微滤与传统的活性污泥深化处理技术相结合而成的膜生物反应器，以膜分离过程取代沉降过程，不论固体颗粒的沉降性能如何，均可完成固液分离过程，并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。对生活废水的处理，传统的活性污泥法采用重力沉降，由于颗粒的不固定容易使活性细菌与生物体流失。超滤膜分离与活性污泥法相结合的膜生物反应器处理有机含碳物，能使有机物深度氧化，并且排出物不含固体颗粒，能完全保留生物体，在低温时亦维持高处理能力。国外对膜生物反应器的研究和应用均较早，尤其是20世纪80年代末以来，膜生物反应器不断被应用于实际污水处理。与其他水处理方法相比，使用膜生物反应器进行污水处理不仅可以大大节约水资源，还有大大节约能源，节约设备和运行费用，减少设备占地，避免二次污染，有着很大的环境效益，设备效益和经济效益。