本实用新型涉及一种膜法薄油膜回收系统包括疏水中空纤维膜组器，收油艇，油品储存系统，真空泵和智能油液探测识别系统，疏水中空纤维膜组件采用的超亲油疏水的有机/无机杂化中空纤维复合膜，能将乳化状的油水直接分离；所述油品储存系统，真空泵和智能油膜探测系统均设置在所述收油艇的舱内，所述油品储存系统包括输油管路和收油罐，液位计，输油管路与疏水中空纤维膜组件产油端相连接，最终将中空纤维膜组器与收油艇相耦合，储油罐内部的液位计与真空泵联动，真空泵与智能油液探测识别系统联动。本实用新型可对微米级油膜进行直接原位油水分离和回收，回收后的油品含水量小于70ppm，不需要二次处置和直接资源化利用。