天然有机物（Natural organic matter,NOM）作为存在于天然水体中的复杂混合物,对水处理工艺效果乃至潜在人类健康存在较大影响,目前对于NOM的处理方法集中于混凝、吸附、氧化、膜过滤等技术。高铁酸盐（Ferrate,Fe（Ⅵ））作为集氧化、絮凝、消毒于一身的高效水处理药剂,具有“一剂多用”的特点。虽然Fe（Ⅵ）能对污染物起到良好的氧化作用,但NOM中微小的胶体颗粒物难以完全被氧化去除,从而对水质处理效果及后续的深度处理过程造成影响。目前大多数研究集中于Fe（Ⅵ）氧化作用,通常忽视了Fe（Ⅲ）在水解过程中的羟基络合水解产物所具备的絮凝吸附作用。因此,如何调控Fe（Ⅲ）水解时铁优势形态的转化与生成,实现NOM中胶体颗粒物的强化去除便是进一步发挥高铁酸盐效能的关键。首先,本研究采用原位紫外差分光谱技术实现Fe（Ⅲ）水解中间产物FeOH2+、Fe（OH）2+、Fe2（OH）24+、Fe3（OH）45+等羟基络合物的识别;讨论了酸碱环境、Fe（Ⅵ）浓度对铁水解形态物质转化以及对腐殖酸（Humic acid,HA）氧化、絮凝去除效果的影响;阐明Fe（Ⅵ）氧化与Fe（Ⅲ）絮凝作用间的协同与拮抗机制。结果表明,在酸性及中性环境下促进FeOH2+向具有良好絮凝性能的多核羟基络合物（Polynuclear Fe-hydroxide,PnFe-H）转化;Fe（Ⅵ）/HA作为影响氧化与絮凝间作用机制的关键因子,可对其调控使有机物中富电子官能团被充分氧化,破坏双电层形成松散聚集体,实现Fe（Ⅵ）对有机物氧化与Fe（Ⅲ）对胶体颗粒物絮凝、络合的协同增效。而当Fe（Ⅵ）无法将有机物完全氧化,残留离解态醌基官能团将Fe（Ⅲ）还原为Fe（Ⅱ）,弱化了絮凝功能。其次,基于Fe（Ⅵ）氧化及Fe（Ⅲ）水解过程中的电子转移机制,本文重点利用物化手段对高铁酸盐氧化-水解过程进行干预,以调控PnFe-H的转化,进而提升对胶体颗粒物的絮凝作用。在以苯醌为醌类电子介体模拟水体中醌基官能团对絮凝作用影响的化学调控中发现,苯醌可促进单核羟基络合物向PnFe-H转化,有效聚集胶体颗粒物;通过淬灭实验明确高价态Fe（Ⅴ）和Fe（Ⅳ）是苯醌活化的关键因子,原位形成的PnFe-H源自于Fe（Ⅴ）和Fe（Ⅳ）转化的Fe（Ⅲ）水解过程;基于xDLVO理论探明了复合物之间的界面作用机制,苯醌降低复合物极性、增强疏水性,使得复合物间范德华作用能和酸碱作用能降低,从而强化吸附聚集趋势。相较于外加电子介体的化学调控,物理磁场可在不引入外界物质的情况下对水中物质微观结构产生影响。在对磁场影响的研究中发现磁场强化分子间氢键作用致使更多的极性基团-羟基与铁离子结合,将Fe（Ⅲ）转化为晶体铁氧化物的路径调控为向高表面活性的无定形铁氢氧化物转化,通过吸附与共沉淀作用强化污染物去除,使得NOM反应速率是未经磁化反应速率的2倍;基于经典成核理论与界面作用行为,阐明铁氢氧化物与污染物因静电作用差异而难以聚集的选择性去除理论机制。最后,为满足日益提升的水质标准,本文将Fe（Ⅵ）预处理与超滤深度处理工艺相结合,探究因Fe（Ⅵ）在预处理中形成不同颗粒尺度分布和荷电特性的中间络合物而造成的对超滤工艺及膜污染行为的影响。结果表明,在中性及碱性环境下,高铁酸盐破坏芳香结构和C=C双键,产生的小分子颗粒物在聚集作用下形成以100-500 nm为主的介尺度颗粒,实现对复合颗粒物尺度的调控;此外,建立多尺度颗粒与膜通量和膜污染的相关性,发现介观尺度颗粒为导致不可逆污染的关键;通过膜-颗粒物界面作用分析与膜面颗粒物表征,解析由颗粒物尺度造成的不同膜界面污染行为。本论文通过高铁酸盐同步氧化絮凝技术应用于膜工艺的研究,为构建高效清洁的“短流程”深度净化工艺提供理论指导。