随着科学技术的高速发展，社会生产的规模与水平在不断的提高，但是对于生产中产生的废水处理水平却相对的落后、滞后。我国本身人均水资源严重匮乏，空间时间上分配严重不均，而污水处理技术又相对滞后，导致本来就紧缺的水资源已提襟见肘。生产中产生的废水如何有效彻底的处理，甚至将其回用，已成为当今科研的重大发展方向。本论文以某石化公司拟建一座回用水处理站，用以深度处理冷却循环水排污水的出水，以使其能够回用作为生产用水的实际项目为背景。经过查阅文献决定选用超滤—反渗透系统对其冷却循环外排水进行处理。超滤是为了滤掉水中的大分子杂质及少量悬浮物，反渗透主要是为了去除水中的硬度和盐分。根据客户情况及水质要求，首先设计了一套超滤—反渗透中试装置，并利用该装置进行了三组实验，第一组原理实验，根据实验数据，验证系统能否达到所希望的处理效果。在第一组实验结果的基础上对系统的运行参数进行优化，进行第二组实验，使系统产水水质进一步的提高，并降低系统的运行成本，使其能够满足工业化生产。第三组实验对相应工艺参数微调，进行稳定性运行实验，使系统能够满足长时间连续运行的要求。实验结果对下一阶段实现工业化生产的工作具有重要的指导作用。由实验结果对超滤系统的水利用率和反渗透的水回收率进行分析，对系统运行成本进行初步核算，以及利用本次实验的机会，由本次实验所得到的反渗透系统入水压力及与其相对应的除盐率情况来看，符合溶液扩散理论。通过中试装置实验得到超滤—反渗透系统对冷却循环外排水处理的最佳工作状态的参数；在此工作状态下超滤系统水利用率是86.5%、反渗透系统回收率84%，系统运行吨水收益1.91元。