超滤膜技术作为饮用水处理的一个工艺，是水处理领域十几年来最重要的技术突破之一。本论文采用PVC中空纤维超滤膜应用于以地表水为原水的天津市芥园水厂的饮用水处理中试研究中，围绕地表水中天然有机物对超滤膜造成的污染问题，在实验室建立小型装置，从地表水中天然有机物的分类、结构特性出发，深入、系统地研究各类有机物超滤过程的特性，并从清洗的角度研究各类有机物和超滤膜间的相互作用，从而建立一套超滤膜处理地表水中天然有机物的过滤规律，为优化运行操作提供指导。 首先，将PVC中空纤维超滤膜用于天津市芥园水厂以滦河和黄河地表水为原水的饮用水处理中试工程中，评价超滤膜处理地表水的性能特性，考察不同渗透通量恒流运行及水温变化对超滤膜系统稳定性的影响。结果表明：地表水中的天然有机物是造成超滤膜污染的主要成分，恒压操作可增强超滤膜系统运行的稳定可靠性。 为了深入了解地表水中的天然有机物污染超滤膜的本质，本文先从地表水中天然有机物的组成和特性入手，根据物质的极性和酸碱性的不同，将其分成六类，分别选择一种代表性物质，配成TOC约为5mg/L 的溶液，在恒压操作条件下研究各种物质的超滤过滤特性。超滤膜过滤30min后，分别采用正冲、反冲、正反冲三种物理清洗方法和0.5％NaOH的化学清洗方法清洗污染后的超滤膜，过滤前后和清洗后分别剪取膜丝测定超滤膜内表面的ATR-FTIR谱图，分析超滤膜过滤该类物质时二者的相互作用，同时测定超滤膜过滤该类物质的渗透能力和截留能力的变化情况，总结不同物质超滤的过滤特性。 超滤膜过滤憎水性酸类物质——富里酸溶液，富里酸的羧基与超滤膜表面羧酸的羟基和羰基形成分子间氢键，物理方法中的正反冲清洗具有最好的清洗效果，能清洗60％截留在膜上的污染物，渗透通量能够恢复到初始时的99％，但对化学吸附的污染物清洗效果较差；0.5％NaOH化学清洗，不仅能将膜上截留的物质都清洗下来，而且使膜的性质也发生了一些变化，使渗透通量比原始的超滤膜增加了20％。 超滤膜过滤憎水性中性物质——丹宁溶液，丹宁的酚羟基和超滤膜表面的羧基形成氢键，正反冲清洗是物理清洗中效果较好的方法，能清洗下35％的截留在膜上的污染物，而且渗透通量能够恢复到初始时的65％。正反冲和反冲方法相比，超滤膜渗透率的恢复较接近，说明超滤膜过滤丹宁时主要截留在膜孔里。0.5％NaOH化学清洗，不仅能将膜上截留的物质都清洗下来，而且使膜的性质也发生了一些变化，使渗透通量比原始的超滤膜增加了14％。和富里酸污染比较可知，丹宁污染明显严重，说明丹宁中的酚羟基比富里酸中的羧基更容易吸附于膜表面。超滤膜过滤憎水性碱类物质--苯胺溶液，苯胺通过氢键吸附在膜表面羧基上。正冲、反冲、正反冲三种物理清洗和O.5％NaO}I化学清洗都不能使膜的过滤能力恢复，可能苯胺和超滤膜(主要在膜孔)发生了较强的化学作用，以致膜的性质发生改变。 将憎水性富里酸、丹宁和苯胺三种物质以1：1：1的比例配成混合溶液，进行过滤特性和清洗特性的研究。结果表明：三种物质第一周期过滤时，其渗透率和截留率的变化情况基本是三种物质各自的渗透率和截留率的简单加和，说明三种物质过滤时单独和超滤膜作用，相互之间影响较小；分别采用正冲、反冲和正反冲三种物理清洗后，膜的性质改变不同，故第二、三周期的过滤特性不同。而NaOH清洗后，三种憎水性物质基本上能全部清洗干净，故第二、三周期的过滤特性和第一周期相近。 超滤膜过滤亲水性酸类物质--柠檬酸溶液，截留率较低，采用正冲、反冲、正反冲物理清洗和0.5％NaOH化学清洗均不能使膜的渗透率恢复，可能是由于柠檬酸和膜孔表面发生物理化学吸附作用而导致的促进传输机制造成的。 超滤膜过滤亲水性中性物质--聚蔗糖溶液，亲水的聚蔗糖很容易通过氢键力吸附在膜表面，在膜孔内存在着促进传输机制，致使PVC超滤膜对聚蔗糖截留率不高。三种物理清洗方法中，正反冲具有最佳的清洗效果，清洗后膜的性能基本和初始膜相当；0.5％NaOH化学清洗，不仅能将膜上截留的物质都清洗下来，而且使膜的性质也发生了一些变化，使渗透通量比原始的超滤膜增加了19％。 超滤膜过滤亲水性碱类物质--低聚肽溶液，低聚肽内含有氨基和羧基，极易和膜表面羧基形成氢键力。膜孔表面基团和低聚肽的相互作用对低聚肽的去除率具有重要影响，三种物理清洗方法均不能使渗透率很好地恢复；0.5％NaOH化学清洗，只能使超滤膜渗透率恢复至初始的94％，而且使膜的性质也发生了改变。 将亲水性柠檬酸、聚蔗糖和低聚肽三种物质以1：1：1的比例配成混合溶液，进行过滤特性和清洗特性的研究。结果表明：混合物的渗透率与三种物质中渗透率最低的相当，截留率的变化随清洗方法而不同。在物理清洗方法中，正反冲对亲水性物质的去除最有效，能同时增加渗透率和截留率；NaOH清洗对三种污染物的混合污染清洗同样有效，但渗透率不能全部恢复，而截留率则基本恢复。 将憎水性富里酸、丹宁和苯胺与亲水性柠檬酸、聚蔗糖和低聚肽六种物质以1：1：1：1：1：1的比例配成TOC约为5mg/L的混合溶液，进行超滤膜过滤特性和清洗特性的研究。结果表明：六种混合物对超滤膜的污染具有协同作用，导致混合物过滤时渗透率降低较大，而截留率较高。正反冲清洗具有最好的清洗效果，渗透率和截留率均得到很好地恢复；NaOH清洗也具有较好的清洗效果，但使膜表面特性发生了变化。 最后研究了天津市塘沽区水库采取的地表水的超滤膜过滤特性和清洗特性，并分别和实验室模拟混合水样、憎水性和亲水性水样进行了比较，结果表明该水样中含多糖类物质较多，所以可以根据聚蔗糖的超滤膜过滤特性和清洗特性，选择该实际水样的过滤操作条件和清洗方法。