膜技术用于城市污水回用处理，一般是与混凝沉淀、加压浮选和生物处理等技术配合起来使用，絮凝沉降时需根据污水水质变化，控制絮凝剂的投入量。生物处理时的处理效果常受温度、浓度等因素影响，水质较难保持稳定。膜分离法不受水质变动影响，且可去除城市污水中的可溶解成分成为城市污水的深度处理方法，在国外已进入实用化阶段。日本第一套使用反渗透膜技术的大型实验装置于1993一1995年在日本千叶县花见川下水处理场完成实际运转实验，反渗透膜产水量为210
m3/d，处理后水质达到自来水标准，反渗透装置实现了自动连续运行，处理成本
370日元／m3（约为2. 4元／m3）。
目前，天津开发区已试验成功连续微滤（CMF）加反渗透（RO）串联系统，处理生物处理出水，拟回用作锅炉补给水和绿地浇水，2002年6月底建成日产深度处理水1万m3装置，在
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5年内争取实现日回用水5万m3。天津市正拟建设利用纪庄子污水处理厂生化处理出水，采用连续式微滤（CMF）膜技术，处理后再生水回用于居住小区作杂用水的示范工程，其设计规模6000
m3/d，服务人口5.3万人。最近天津市节水办制定了《对中水洗车企业的资质管理规定》，明确今后洗车严禁使用自来水、井水、河水、湖水，必须使用再生水，并于2001年5月15日起实行。
在日本，一些污水处理系统不完备或难于长距离向污水处理厂输送的地区，生活污水多依靠净化槽进行污水处理。在活性污泥曝气槽内浸入膜元件，依靠透水侧的负压吸引，将曝气地形成的循环原水透过膜而实现过滤。这种在活性污泥处理技术上附加的膜分离技术（MBR）可控制活性污泥的浓度，提高生物反应的效率，同时又可得到稳定、优质的处理后水，这种适用于家庭厕所。厨房及浴室排水处理的小型膜生物反应器已在日本大规模推广应用。
国内，经过多年的研究，一种中空纤维膜生物反应器（MBR）已开发成功并实现产业化（7），与传统的处理工艺相比，一体化的MBR取代了二级处理中的二次沉淀池和三级深度处理的全部构筑物，该一体化装置体积小、设备简单、节省投资和占地，运行管理方便。膜出水中悬浮固体、浊度接近零，细菌总数低于饮用水标准，膜出水水质优于“生活杂用水水质标准”，出水可以直接回用作生活杂用水。
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