由于单一膜存在制膜工艺复杂、膜的重复性差、制备小孔径膜困难、质脆柔韧性差、成本高等缺点，因此将2 种单一膜复合在一起，使其同时具备 2 种或多种单一膜的优点。目前国内外研究的复合膜主要是有机-无机复合膜。常用的无机材料主要有 Ti O2、Si O2、Al2O3等，常用的有机材料主要有聚砜、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚乙烯和聚乙烯吡咯烷酮。聚砜-Al2O3复合膜处理油田含油污水，复合膜的截油率可达 90%，出水满足油田回注水标准，而且复合膜经过清洗后，水渗透通量能回复到原始通量的 85%。采用界面聚合法对PVDF 超滤膜进行表面改性，制备出了具有抗污染的聚酰胺/聚乙烯醇复合超滤膜，在复合膜水通量为 190 L/( m2·h) 时，复合膜的截油率可达98. 5%以上，出水含油量小于 1. 6 mg / L，膜性能均优于单一的 PVDF膜。以混合醋酸纤维素微孔膜为支撑膜制备了聚乙烯醇复合超滤膜，对模拟含油污水的处理实验结果表明，该复合膜的截油率可达 90% 以上，且具有良好的耐油污染性能。采用相转化法制备出了管式 Al2O3-PVDF 复合超滤膜，并将其用于处理大庆油田含油水，结果表明，出水含油量和悬浮固体含量均低于1 mg / L，化学需氧量( COD) 和总有机碳( TOC) 的去除率分别为 90%和 98%以上，而且清洗后的膜通量恢复率可达 100%。 以聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 为添加剂，以 Ti O2和聚偏氟乙烯( PVDF) 为原料，制备 了 PVDF - PVP - Ti O2复 合 超 滤膜，当PVDF 膜中 Ti O2的质量分数为 2%时，该复合膜的性能最佳，膜通量可达 70. 48 L/( m2·h) ，截油率更是高达 99. 7%，但是当含油量由从 250 mg /L 增大到1 000 mg / L 时，膜通量下降较快。
改性膜
目前国内外常用的超滤膜改性方法主要有膜表面改性法和膜材料改性法。膜表面改性主要通过膜表面的物理改性和化学改性来实现，而膜材料改性则是通过向超滤膜铸膜液中添加高分子材料或小分子无机粒子以及膜材料本体的化学改性来实现。通过改性处理，可以使超滤膜具有更好的抗污染性，增大膜的使用寿命。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
采用膜材料改性法制备了改性 PVDF超滤膜，并用制备的 PVDF 超滤膜处理含油污水，出水含油量和悬浮固体含量均为 0. 2 mg /L，粒径中值也小于 2 μm，出水水质满足油田回注水要求。向 PVDF/PVP 体系中添加 Ti O2和 Al2O32 种无机纳米颗粒，制备出了改性 PVDF 平板超滤膜，当纳米颗粒总含量为 3%，Al2O3与 Ti O2质量比为 1 ∶2时，改性 PVDF 平板超滤膜性能最好，出水悬浮物含量低于0. 4 mg/L，石油烃类含量小于0. 5 mg/L，COD 值在 60 ～ 70 mg / L，达到国家污水排放标准。采用无机纳米改性 PVDF 超滤膜处理大庆油田采油废水，在操作压力为 0. 1 MPa，处理温度为 40℃ 时，处理后的出水中含油量小于 1. 0 mg /L，悬浮物含量小于 0. 4 mg /L，COD 去除率为 80% ～94%，TOC 去除率在 90%以上。采用改性的 PVDF膜处理大庆油田含油污水，在膜面流速为4. 5 m / s，跨膜压差为 0. 2 MPa，温度为( 37 ± 0. 5) ℃的最佳运行条件下，出水水质可达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》( SY/T 5329—94)的 A1 级标准。用改性 PES 中空纤维超滤膜处理工业含油废水，截油率可达 98. 5%，悬浮固体去除率也可达 98. 2%。以聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 和聚乙烯醇(PEG) 为添加剂，制备出了亲水性强，孔隙度高的改性 PSf 超滤膜，实验进行了 12 种改性 PSf 超滤膜处理含油污水，结果表明，每种改性 PSf 超滤膜的截油率都能达到 90%以上，都可以达到污水排放标准。PES 与PAN的质量比为 3 ∶ 1时，共混膜的机械强度和分离效果最好，用此条件下的共混膜处理含油污水，COD的去除率为 80. 6%，TOC 的去除率为 89. 3%，悬浮固体的去除率可达 100%，除油率也高达 99. 7%，出水水质满足含油污水排放标准。磺化聚碳酸酯( SPC) /PVDF 共混超滤膜处理乳化含油污水，截油率可达 96. 63%以上。