超濾分離技術是目前水處理中應用最為廣泛的技術，目前主要應用于飲用水供水終端、地表水處理、海水淡化和污水回用等水質處理。應用領域包括飲用水制備、食品工業、制藥工業、工業廢水處理（如制革廢水、電鍍廢水、線路板廢水等）、金屬加工、生物產品加工、石油加工等領域。

MBR膜應用領域：

飲用水處理

由于對飲用水的質量要求越來越嚴格，投入越來越大的精力來控制供水管網中存在的微生物的量。為了做到這一點，一種方法是進行昂貴、頻繁的水質檢驗，另外就是在供水終端設置防止細菌和病毒進入的屏障。

采用UF系統，可以非常方便的建成這樣的屏障。超濾膜對細菌的去除率可以達到61og，對于病毒的去除率達到41og，因此水廠和用水者都不必再擔心細菌和病毒的問題。由于飲用水的質量本身就很高（濁度和懸浮固體都非常低），因此此時的膜系統可以采用很高的膜通量。同時較高的入水條件，因此水清洗頻率和化學清洗的頻率都可以非常低，回收率可以達到99%。如果需要還可以設立二級超濾系統，將第一級的清洗水進一步回用。

地表水處理

超濾系統可用在地表水處理上，處理后的水用于灌溉或作為反滲透的進水，來制備純凈水。

海水淡化預處理

世界上很多沿海地區淡水資源比較缺乏，解決的方法是將海水淡化制取淡水。最早人們通常采用蒸餾技術，從十九世紀60年代，反滲透等技術被用于這些地區的缺水問題。但是，許多反滲透海水淡化系統面臨著反滲透膜污染嚴重的問題。主要因為反滲透系統的傳統的預處理方法無法提供可靠的進水水質。超濾系統可以非常有把握的控制海水的水質，為反滲透系統提供高質量的入水，保證反滲透系統的穩定運行。

污水回用

隨著工業發展，水質污染情況日益嚴重，同時淡水資源越來約缺少。超濾為污水的回用提供了一種有吸引力的解決辦法。城市污水經超濾處理后，完全可以做為工業用水，甚至是飲用水來使用。