超滤技术广泛地应用于城市二级出水的处理及深度净化领域,但实际运行过程的膜污染问题一直是限制其高效低耗运行的主要瓶颈。而臭氧预处理因氧化能力强、操作简单等优点是应用最为广泛的膜污染防控技术之一,但关于臭氧预处理对城市二级出水膜污染行为的影响研究较少。因此,本研究考察了宽臭氧浓度范围内臭氧预处理对模拟和实际城市二级出水的膜污染影响,结合污染物物化性能、界面作用力和膜面吸附情况探究膜污染机理。主要得到以下结论:（1）针对AO、A~2O及DE氧化沟典型城市污水处理工艺,二级出水水质特征相当,有机污染物主要为疏水性的腐殖类物质,同时普遍存在Na+、Ca2+和Mg2+典型阳离子。而针对模拟城市二级处理水的研究结果表明,无机阳离子是影响臭氧预处理前后膜污染行为变化特征的关键因素。无离子或仅一价Na+存在条件下,臭氧预处理后加剧了污染物在膜界面的作用力强度,导致膜污染速率和不可逆污染随臭氧浓度的增加而增加。相反,一旦引入二价的Ca2+和Mg2+离子,其可有效促进有机物分子之间团聚形成较大尺寸的聚集体,降低了污染物进入膜孔的机率,同时掩盖了界面作用力的变化,导致膜污染速率和不可逆污染随臭氧浓度的增加而减小。（2）针对实际城市二级处理水,臭氧预处理可有效改变污染物的化学性能,导致污染物在PVDF界面的静电排斥力削弱、氢键作用增强,最终增强了污染物在膜界面的综合作用力强度。污染物在膜界面作用力的增强,致使相同运行时间内,随着臭氧浓度的增大,污染物在膜界面的吸附累积速率而增大,且膜面形成越来越致密的污染层。吸附累积速率及污染层密实度的增大,通常伴随着较为严重的膜污染;然后,城市二级处理水对PVDF超滤膜的污染速率随着臭氧浓度的增大在逐渐减小。主要是因为针对不同孔径的超滤膜,二级处理水对其膜污染机理并不一样。（3）针对城市二级处理水,臭氧预处理前后,污染物在膜界面的作用力及污染物与膜孔的相对尺寸对膜污染的影响同等重要。当污染物尺寸与膜孔尺寸较为接近时,臭氧预处理改变了污染物在膜界面的作用力强度,进而影响污染物在膜界面吸附累积行为和污染层结构,最终影响膜污染行为。当膜孔尺寸增大到一定程度后,臭氧预处理导致污染物更容易透过膜孔进入透过液,降低了污染物在膜面的吸附累积速率,伴随着着膜污染速率的减缓,但污染物在膜孔的进入引起更为严重的不可逆污染。显然,针对不同孔径的超滤膜,臭氧预处理后二级处理水对其膜污染机理并不相同。