在以往，经过处理的污水一般直接被排入江河湖泊，不过随着水资源短缺的情况越来越严重，处理后的污水也大有再利用的空间。通过开发各项污水处理新技术，不但可提高污水净化的效率，而且还能够实现污水的再生及回用。

通常，我们把流入家庭的自来水称为“上水”，把排放的污水称为“下水”，而经过污水净化处理的再生水则被称为“中水”。在中国，人均淡水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，而且随着经济的发展，许多城市都出现水不够用的情况；同时水体污染情况却非常严重，全国仅有46％的天然水体水质达标。在这种水资源供给与需求矛盾非常尖锐的情况下，“中水”回用技术的使用，能有效开辟“第二水源”，大大减少对“上水”的消耗。以北京为例，2008年全年“中水”回用量达到6.2亿立方米，提供的水量占全年用水量的17％。

目前采用较多的“中水”回用技术是通过膜技术或膜技术与其他技术的组合，把污水处理到符合一般冲厕、喷洒、绿化等用途的要求。例如膜生物反应器就是一种结合生物处理与膜技术的污水回用技术。一般污水在采用生物法进行处理后，水与活性污泥的分离通常经过二次沉淀池完成，而在膜生物反应器中，采用微滤膜或超滤膜作为水与活性污泥分离的介质。

这些膜是一些多孔的材料，孔径为0.2～0.01微米，能让水通过，但能有效拦截污水中各种肉眼看不见的颗粒，甚至还可以拦截细菌和病毒。被拦截下来的活性污泥回到生物处理的工序中，加大了工序中活性污泥的总量，提高了生物处理的效率，而出水水质则得到了极大的提高。经过膜生物反应器处理的“中水”澄清透明，感观上与自来水类似，可供一般市政或普通工业使用。

反渗透技术是另一种广泛应用在污水回用方面的膜技术。反渗透膜是最精细的膜产品，能截留最小孔径相当于0.0001微米的物质。经过一般工艺处理后的污水，经过水泵的加压，进入反渗透膜处理设备中，水可以透过反渗透膜流出，水中残留的盐分、有机物等98％以上被拦截。反渗透的出水水质和进水水质直接相关，通常城市污水通过反渗透技术处理，出水水质甚至超过自来水的水质，可用在对用水要求极高的半导体工业等方面。