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新一代饮用水净化工艺应在提高处理效率、优化效果的同时，强调过程中无毒害物产生，能够提高资源和能源利用率，减轻污染负荷，改善环境质量。超滤技术能满足新一代饮用水净化工艺要求，去除饮用水中的“两虫”、病毒、细菌、藻类、水生生物，保障饮用水的安全性，已广泛应用于美国、日本等发达国家的城市水厂。
超滤膜可截留水中绝大部分悬浮物、胶体，但无法去除溶解性小分子物质，阻碍超滤技术在饮用水处理中的应用。目前（2018年），国内外诸多学者研究发现，粉末活性炭（PAC）+超滤联用系统可将溶解的小分子污染物质转变为颗粒状态，从而被超滤工艺去除。
生活污水和工业废水处理
水资源越来越缺乏，生活污水和工业废水的循环利用备受关注。有学者采用超滤反渗透处理城市二级生活污水处理厂出水，研究发现超滤反渗透对处理后出水的总磷、总氮、总溶解固体、化学需氧量、氯离子的处理效率分别为 95%、95%、99%、90%、97%以上，满足《城市污水再生利用景观环境用水水质标准》（GB/T 18921—2002），可用于景观用水；除氮指标外，绝大部分指标满足饮用水水源标准。
其他污水处理
超滤膜技术还应用于电厂循环排污水的处理、矿区冷却循环排污水的处理、纸浆和造纸漂白废水的处理和钢铁企业排污水等工业废水的处理。
