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超濾膜的孔徑范圍大致在0.001-0.02微米之間，具體取決於製造廠商和型號。這一范圍內的孔徑能夠有效去除水中的膠體、雜質、水銹、細菌、藻類、病毒和大分子有機物等有害物質，但對水分子和某些礦物質則基本無影響。
盡管超濾膜的孔徑不是最小，但與反滲透膜和納濾膜相比，它依然擁有更大的孔徑。因此，超濾膜能夠有效過濾水中的雜質，同時保留對人體有益的礦物質，這對於飲用水處理尤為重要。
選擇超濾膜時，孔徑的大小直接關繫到其過濾性能和價格。孔徑越小，截留能力越強，成本也相對較高。實際應用中，根據水質情況和具體需求選擇合適的孔徑至關重要。
超濾膜通過孔徑大小有效去除水中的膠體、雜質、水銹、細菌、藻類、病毒和大分子有機物等有害物質。例如，一般的細菌和病毒比超濾膜的孔徑大4000倍。超濾膜能夠有效去除水中的二價離子，對一價離子的去除率也可達95～99%；對低分子量有機物的去除率可達100％。超濾系統能夠除去原水中99%以上的礦物質、細菌、病毒、熱原及細菌內毒素等。
超濾膜的應用非常廣泛，包括飲用水和礦泉水的凈化、工業廢水與生活污水的凈化和回收、發酵和制葯工業中的濃縮、純化與澄清、生物製品和食品工業中的分離、濃縮和純化、血液處理和廢水處理中的終端處理裝置，以及純水和超純水制備工藝中的預處理和終端處理。
在工業用水中，超濾膜用於分離細菌、熱源、膠體、懸浮雜質及大分子有機物。