雖然超濾可以有很多的應用領域，但大規模的水處理通常集中在以下方面：
飲用水供水終端
地表水處理
海水處理
流體的回用
飲用水處理
由于對飲用水的質量要求越來越嚴格，水處理公司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，因此一種方法是進行昂貴、頻繁的水質檢驗，或者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6log，對于病毒的去除率達到4log，因此水廠和用水者都不必在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可以采用很高的膜通量，可以達到135升/平米.小時。同時較高的入水條件，因此反沖頻率和化學加強反洗的頻率都可以非常低，產水量可以達到99％。如果需要還可以設立二級超濾系統，將第一級的反洗水進一步回用。
地表水處理
UF系統非常多的應用在地表水處理上，處理后的水用于灌溉或作為反滲透的入水，來制備工業用水。
在荷蘭，出現了越來越多的這類工廠。這種技術提供了一種新型的工業用水的方式，即不必在購買越來越貴的飲用水，而是就近取用地表水處理后使用。
海水淡化
中東地區是水資源缺乏最嚴重的地方。為了解決這個問題，最早人們通常采用蒸餾技術。從十九世紀60年代，膜技術被用于解決這些國家的缺水問題。但是，許多反滲透海水淡化系統面臨著膜污染嚴重的問題。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入水水質。因此絕大多數淡化工廠，在遠遠低于其設計出水量的情況下工作，甚至有些工廠的出水量達不到最初設計的30％。
小型淡化裝置的研究非常清楚的表明，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。長期試驗也表明，超濾系統的出水SDI值可以非常好的控制在2以下。這些測試在超濾系統前不必用任何預處理，并且適用各種海水水質。
污水回用
西方國家費了很大的精力處理廢水，處理后確僅僅是將其通過排水管網排到地表水源中，這種作為非常不合理。再一次，超濾因為其價格方面的優勢為污水的回用提供了一種有吸引力的解決辦法。
其實，從城市污水處理廠和工廠中排出的廢水，是作為工業用水，甚至是飲用水的一種非常好的水資源。這在技術上是完全可以實現的，但西方用戶確非常難以相信這種做法。與其說這是技術上的難題，不如說是一個心理的難題。但是，目前在納米比亞的Windhoek，已經在建設一個850噸/小時的水廠，就是采用膜技術將污水處理廠的出水回用為飲用水。
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