污水景观回用是污水再生利用的主要形式，也是解决城市水危机及改善城市水环境的主要措施。由于污水厂生化出水仍然残存有机污染物、氮磷营养物及病原微生物，直接回用容易造成城市缓流水体富营养化及水质生物毒性增加等问题，因此需要对污水厂二级出水进行污水深度处理以提升景观水水质。本论文以污水厂出水有机物(EfOMs)为对象，开展氧化-超滤工艺对出水有机物转化机制及生物毒性的削减效能研究，并探究氧化-超滤过程中膜污染规律。
　　开展运行了几种常规污水深度处理组合工艺(包括混凝沉淀-砂滤、混凝沉淀-曝气生物滤池(BAF)和臭氧-生物活性炭(BAC))，从氮磷营养物的转化、宏观出水有机物的降解、15种微量有机污染物(OMPs)的去除及生物毒性的削减等多个角度对出水水质进行了综合评估。结果表明在氮磷去除转化方面，混凝对磷的去除有很大优势，臭氧氧化后出水中的氨氮增加，而在随后在BAC中下降；在出水有机物去除转化方面，腐殖酸类有机物在臭氧过程中得到较大程度的去除，其分子量主要集中在1-20kDa之间；混凝沉淀对于OMPs去除效率不佳，总体去除率低于40%，而后续连接BAF单元，部分易生物降解的OMPs(如土霉素、咖啡因和磺胺甲嘧啶等)得到有效去除。臭氧氧化对于大部分目标物的去除率可达到90%以上。酚羟基、去质子化的苯胺基和苯甲醚基是臭氧攻击的主要芳香性基团，此外C=C键和氨基也容易受到臭氧的攻击；在水质毒性削减方面，BAF单元对雌激素活性的削减效果较为明显，臭氧对于遗传毒性和雌激素活性的削减表现出巨大优势。UV254和荧光指标的去除可以很好的指示OMPs及遗传毒性的削减效果。
　　系统研究了三种氧化系统(包括臭氧氧化、UV/H2O2及UV/PS)中，出水有机物的降解行为、OMPs的去除效果和生物毒性的削减效能。结果表明臭氧氧化对于有机物的矿化程度相比于紫外催化氧化过程略低，紫外催化氧化可以持续降低出水有机物的DOC含量，而臭氧氧化在反应到一定程度，DOC难以进一步去除。在等摩尔氧化剂投加量下，UV/PS比UV/H2O2产生更为明显的有机物去除效果。对二级出水中的荧光组分进行解析得到四种组分，其中包括三种腐殖酸组分(组分1、组分2及组分4)和一种蛋白组分(组分3)。荧光组分在氧化过程中的降解符合假一级动力学，腐殖酸类有机物(组分4)在UV/PS和臭氧系统中得到优先降解，而蛋白类有机物(组分3)在UV/H2O2系统中更容易被去除。在臭氧过程中监测到部分小分子有机物有所增加，其主要来源于大分子有机物的不完全降解，然而在紫外催化氧化过程中，有机物分子量总体呈现出下降的趋势。单独臭氧对于部分难降解有机物去除效果不佳，而紫外催化氧化过程中所有目标物均得到很好的去除效果。经过氧化处理之后二级出水的遗传毒性得到很好的削减效果。
　　最终系统对比研究了氧化(包括臭氧氧化、UV/H2O2及UV/PS)与超滤联用过程中出水有机物的转化、OMPs的降解及生物毒性的削减效能，同时分析了三种氧化预处理工艺对超滤膜污染的缓解作用。结果表明单独超滤对于出水有机物的去除效果不佳，对OMPs的去除率整体低于40%，对遗传毒性的去除效率仅为15%。在氧化预处理阶段，凝胶色谱结果表明大分子腐殖酸类有机物容易受到氧化作用，而从荧光光谱结果发现蛋白类组分(组分3)去除效果最高，有机物的氧化降解次序为UV/PS＞臭氧氧化＞UV/H2O2。臭氧-超滤可以部分去除二级出水中的OMPs，而紫外催化氧化-超滤对所有OMPs去除均表现出良好的效果。经过氧化预处理后的二级出水均未检出遗传毒性。在超滤膜污染分析阶段，臭氧氧化与UV/H2O2对于超滤膜污染的缓解表现出大致相同的程度，而UV/PS对于超滤膜污染的缓解效果最佳。通过膜污染表征发现，出水有机物的颗粒分布对于膜污染影响不大，可逆膜污染主要是由蛋白组分及溶解性微生物代谢产物造成。从红外光谱分析结果来看，超滤膜总污染是多种有机物的协同效应引起的。而超滤膜表面粗糙度证实了UV/PS对于膜污染的缓解最为有效。