膜分離方法主要是通過膜對油滴及懸浮粒子的有效截留，而達到油水分離的目的。具有出水水質好、操作方便、占地面積小、不產生新的污泥等優點。
一，有機膜分離法
高分子的有機膜在此方面已有了較多的研究和應用。但由于其材料本身的限制，對于膜污染的控制手段、膜清洗的方法等方面均受到一定的限制，主要表現為通量較低以及出水的油含量難以穩定。有機膜由于其材料的限制，膜容易變形，從而導致膜孔徑變化，最終會導致透出液水質不穩定。國內現有幾套從國外引進的有機膜處理設備，進口有機膜處理技術存在的主要問題有：
1）進口有機膜設備一次性投資大；
2）膜管易老化，大約2~3年需更換一次；
3）運行能耗大，正常的操作維護費用高；
4）處理效果和膜通量由于冷軋乳化液廢水的濃度變化而不穩定，易發生通量下降過快和截留率低等問題。
二，無機膜分離法
目前國內外采用無機膜處理乳化油廢水較為成功的為無機陶瓷膜設備。恒輝膜科技生產的陶瓷膜含油廢水處理設備具有耐腐蝕、機械強度高、占地面積小、孔徑分布窄、使用壽命長等突出優點，且運行穩定、通量高、出水水質好、含油量＜5ppm。正常工作時不消耗化學藥劑且不產生新污泥，回收油品質好。陶瓷膜透出水經過膜生物反應器（MBR）處理后可達到國家要求的行業排放標準；進一步經過反滲透膜（RO）等深度處理可滿足生產工藝回用水的要求，實現水資源循環利用。
陶瓷膜處理乳化油廢水設備與國內進口有機膜處理設備的處理效果基本相當，而進口有機膜設備價格約為國產陶瓷膜設備的3倍，進口有機膜處理設備運行的能耗為陶瓷膜的10倍以上，正常設備維修和藥劑費用也大高于國產陶瓷膜設備，加之考慮設備使用壽命，處理每噸乳化油廢水的綜合成本是國產陶瓷膜的6倍左右。因此采用陶瓷膜處理乳化油廢水在我國具有較大的技術經濟優勢。
