膜法水处理技术因其占地小、高通量及过滤效果好等突出的优点,在近几十年来一直是环境领域的热点。但在膜过滤过程中的膜污染会导致膜的渗透性、选择性及使用寿命大大降低,限制了膜过滤技术的进一步发展。因此,深入了解和研究膜污染过程变得至关重要。而现有的传统监测和表征手段对于膜污染过程的分析能力有限,新的表征手段亟待开发。介观尺度的荧光成像技术经过近年的快速发展,已经开始在生物、医学、材料等研究领域发挥巨大的作用。而其中,光片荧光显微成像技术以其分辨率、视野范围、成像速度等方面的独特优势开始引起研究人员的注意,而其应用场景也开始不断拓展。本论文提出了使用光片荧光显微成像技术对膜污染进行表征的思路,首先搭建了应用于膜污染表征的光片荧光显微成像系统。搭建得到的光片荧光成像系统分辨率为2.6μm（横向）和7μm（轴向）,能够在约12秒的时间内完成对1.3 mm x 1.3 mm x 0.5 mm视野范围的三维成像。使用搭建的光片系统对FITC荧光标记多糖的膜吸附过程进行原位成像,有效成像深度约为200μm,能够实现对膜内部的清晰成像,实现了对膜污染过程的监测。同时完成的半定量的分析方法也揭示了污染物在膜内的分布情况。荧光基团的荧光寿命体现了分子特异性,因此荧光寿命成像可以作为识别分子组成的表征手段。本论文进一步将应用于膜污染原位表征的光片显微成像系统与荧光寿命成像系统相结合,搭建了用于膜污染原位表征的光片-荧光寿命显微成像系统,为原本的三维荧光成像额外添加了荧光寿命信息维度,实现了对膜污染过程的功能信息提取。使用罗丹明6G对系统进行了标定,验证了系统的荧光寿命三维成像能力。使用系统对荧光豆样本进行了成像,得到横向～6.4μm,轴向～23μm的系统分辨率,同时验证了系统的成像稳定性。最后使用该系统实现了对腐植酸与牛血清蛋白的混合污染溶液荧光寿命成像并完成了初步的功能分析。