污水（废水）的原水水质和处理后的水质要求可进一步采用三级处理或多级处理工艺称为深度废水处理。常用于去除水中的微量COD和BOD有机污染物质，SS及氮、磷高浓度营养物质及盐类。
深度处理的方法有：絮凝沉淀法、砂滤法、活性炭法、臭氧氧化法、膜分离法、离子交换法、电解处理、湿式氧化法、催化氧化法、蒸发浓缩法等物理化学方法与生物脱氮、脱磷法等。深度处理方法费用昂贵，管理较复杂，处理每吨水的费用约为一级处理费用的4-5倍以上。
深度处理废水，膜技术应该是重要的工艺手段之一。膜技术可去除水中的盐分、胶体、微生物细菌等。目前，膜技术可以大致分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜与反渗透膜，它们的不同在于过滤精度。微滤膜的过滤精度在0.1~50微米，超滤膜的过滤精度小于0.1微米，纳滤膜过滤精度0.微米，反渗透膜的过滤精度则在0.微米。
可见，反渗透膜的膜孔径更小，在相同的污水处理需求下，反渗透膜的处理能力更强。此外，反渗透膜还具有水质好、耗能低、无污染等多项特点。
反渗透膜应用于废水深度处理中，可阻挡所有溶解的无机分子以及任何相对分子质量大于的有机物。不仅能有效净化工业废水，还能回用有用物质，节约能源。
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