生化出水水質一般能夠達到國家一級水的排放標準，但是要達到油田低滲透油層回注用水、鍋爐蒸汽注采用水甚至更高的標準，就必須利用膜分離技術處理。其中應用最多的有膜生物反應器、微濾、超濾、還有反滲透等技術。

　　膜生物反應器(MBR)處理技術

　　膜生物反應器按照膜組件所起作用不同分為三類：分離膜生物反應器、無泡膜生物反應器和萃取膜生物反應器，膜生物反應器在污水處理中顯示了其獨特的優越性。Chiemchaisri等分別采用板式和中空纖維MBR工藝處理城市生活污水，水力停留時間(HRT)為24h，進水COD為60～490mg/L時，其去除率分別為大于93%和80%～98%。南京工業大學的陳英文等對混凝-膜生物反應器工藝處理印染廢水的研究，混凝后COD的去除率平均達75.1%，再經仿生膜生物反應器處理，出水COD低于50mg/L，COD去除率為96.2%，達到部分回用水標準。

　　微濾超濾處理技術

　　超濾到微濾的孔徑范圍在0.001～10µm。目前油田應用較多的是陶瓷膜和中空纖維微濾膜。1995年，美國Aloca公司在墨西哥灣采油平臺進行陶瓷微濾膜試驗，進口含油量25～283mg/L，出口含油量降到所用分析方法能夠測定的極限值;COD值降低幅度為98.3%。徐曉東等采用無機陶瓷膜處理設備處理寶浪油田采出水，處理后的采出水完全能滿足寶浪油田注水水質要求。COD值從最初的603mg/L降到50mg/L。天津紡院與大港石油管理局勘探設計院合作，用自制的化學穩定性好、機械強度高的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜對油田采出含油污水進行了初步凈化處理，處理后含油小于3mg/L，COD值降幅達95%。具體聯系污水寶或參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　Karakulski等用管狀超濾膜處理含油廢水，出水含油量低于10mg/L，COD去除率為80%，進一步用反滲透膜處理后COD去除率達到98.5%，懸浮物去除率達到95.7%，出水可作為工業回用水。王立國等采用核桃殼過濾器-超濾裝置組合工藝處理油田含油污水，處理后水中油的質量濃度由115.70mg/L下降為0.33mg/L，COD也降低了在98.7%。裴亮等用聚丙烯腈(PAN)為中空纖維膜(hollowfibemembrane，HFM)材料，與粉末活性炭(PAC)聯用，進行了微污染水COD處理的實驗研究。研究證明，添加PAC的量不同時，其COD的去除率是不同的，但是每個樣品的去除率都達到了65%以上。

　　反滲透處理技術

　　反滲透是用于從溶液中清除溶解的離子之類溶質的一種分離法。對油田高礦化度水質，采用反滲透是有廣闊應用前景的技術。CynthiaMurray-Gulde等利用反滲透技術與構造濕地相結合，對高含鹽油田采出水進行處理。處理后，水的毒性大大降低，電導率和TDS分別降低了98%和96%，水質達到了當地的灌溉和排放標準。1993年美國的Tao等在SanArdo油田采用化學澄清、石灰軟化、調節pH值、浮石過濾器、沸石軟化器、弱酸離子交換器、筒式過濾器、反滲透、好氧生物處理以及鈉吸收裝置等一系列處理后，將采出水轉化為清水。RO系統處理規模為27m3/d，中試成功的將TDS含量7000mg/L、硅含量250mg/L和溶解油含量170mg/L的采出水處理后，達到加里福尼亞飲用水標準。