在当前饮用水水源水质恶化且在相当长一段时期内仍难以根本改善的状况下，如何保障我国供水水质达到最新饮用水水质标准，成为当今我国水处理研究者亟需解决的关键问题与重要课题。其中，膜技术以及以膜单元为核心的组合处理工艺不失为解决上述问题的可行途径之一。　　本论文以超滤膜分离单元为核心与基础，研究针对典型受污染水源的污染物强化去除与控制技术，建立基于不同水质与工艺条件下的膜运行优化工艺方案，为膜技术在大型市政水厂的工程应用提供重要支撑。围绕上述目标，本论文主要针对以下三方面开展系统研究：以浸没式超滤膜为代表，研究膜单元除污染效能、优化运行方式与膜污染控制方法；以内压式超滤膜为核心单元，针对松花江水质特点，对比研究不同预处理方式及其组合工艺的除污染效能与优化工艺参数，并提出了针对低温低浊水质的膜处理工艺方法；针对膜单元预处理工艺这一关键过程，提出并优化污泥回流强化预处理的技术方法，并针对高藻期水库水质特点，研究了混凝沉淀污泥回流-超滤组合工艺的除污染效能。　　研究表明，浸没式超滤膜直接过滤对受污染水源中浊度、有机物、颗粒物、细菌等污染物均表现出良好去除效果；膜运行方式、混合液性质及膜材料是影响浸没式超滤膜污染的主要因素。研究发现，通过优化运行方式，可以有效延缓膜污染、提高产水率并降低运行成本；基于试验原水水质特征的合理运行方式为：膜滤+间歇曝气+膜滤+……+定期反洗排污；膜池混合液累积浊度与有机物含量越高，膜运行压力增长越快；聚偏氟乙烯（PVDF）膜抗污染能力优于常用的聚氯乙烯（PVC）合金膜。研究显示，浓差极化和膜孔吸附是造成膜运行压力上升的主要原因，必须定期对膜进行反洗排污。　　研究证实，膜进水水质对膜单元除污染效能与运行方式有决定性影响，预处理是提高膜通量、改善膜除污染效能的重要手段。混凝、砂滤、混凝-砂滤、高锰酸钾-混凝-砂滤、粉末活性炭等预处理方式可以不同程度地提高污染物去除率并延缓膜通量的下降；其中，高锰酸钾-混凝-砂滤预处理的处理效果最优。此外，针对冬季松花江典型低温低浊水质，混凝-超滤组合工艺出水的浊度、色度、CODMn等指标均优于水厂砂滤出水水质，证实膜工艺处理低温低浊水的可行性与潜在优势。　　研究发现，沉淀池污泥回流可以改善沉淀池出水水质，从而为膜单元的优化运行提供重要前提与基础。研究证实，与单纯投加混凝剂相比，污泥回流可有效提高水中浊度、有机物的去除率；进一步地，回流污泥、PAM与KMnO4组合应用可显著改善低浊水处理效果，出水浊度、有机物含量进一步降低；电镜扫描（SEM）分析显示，PAM、KMnO4、回流污泥的组合运用可有效促进细小颗粒聚合并粘附在高分子聚合链上，促使絮体粒径增大且彼此结合更为致密；促进颗粒粘附、提供凝聚核心、聚合体架桥、提高有效碰撞率等因素及其协同作用是该组合工艺改善水质的主要原因。进一步，针对高密度沉淀池进行的生产性试验研究表明，污泥回流量和PAM投加量是影响沉淀出水浊度的重要因素。污泥回流主要通过增加混合液中悬浮物的浓度来改善混凝效果；污泥回流流量存在最佳值，在该流量时，混凝效果最好，沉淀池出水浊度最低；增大PAM投加量能降低出水浊度，PAM推荐投量为0.10mg·L-1。　　将混凝沉淀污泥回流-超滤膜组合工艺应用于高藻期黄河水库水处理，结果表明，污泥回流作为超滤膜的预处理工艺，可以保证超滤膜的运行稳定性；组合工艺的膜出水水质（浊度、有机物、细菌、藻类等指标）均优于水厂常规处理工艺滤池出水。　　通过膜单元预处理方式改进，进水水质条件的改善、膜运行方式与运行参数的优化、不同膜组合工艺除污染效能及膜污染控制方法的深入研究，以超滤膜为核心的组合工艺必将成为一种适合我国国情的高效饮用水处理技术。