近年来，随着水源水体有机污染加重，传统的常规水处理工艺难以满足日益严格的饮用水卫生标准，探寻新的饮用水处理工艺单元及单元组合工艺成为给水领域非常重要的研究课题。本论文在对哈尔滨地区水源水体和常规给水处理工艺进出水中的有机物分布及归趋进行调研的基础上，探讨了实验室前期开发和优化的几种新兴给水处理技术的应用效果，包括以硅酸锌为催化剂的非均相催化臭氧氧化工艺、以硅酸锌和过氧化氢为催化剂的多相催化臭氧氧化工艺，以及生物活性炭和膜的组合工艺。本文对高级氧化工艺应用于给水深度处理工艺去除有机污染效能进行了深入的考察，为该工艺进一步推广应用提供了数据支持，同时对臭氧化学氧化、活性炭生物吸附降解和膜物理筛分等不同去除机制的深度处理集成技术进行了探讨，为水厂改造或小区家用深度处理技术应用提供了思路。具体研究结果如下，选取了水中常见的42种痕量有机污染物（TrOCs），对哈尔滨地区两个重要给水水源地M和S进行了时间和空间维度的调查研究，结果发现，6种邻苯二甲酸酯（PAEs），10种多环芳烃（PAHs）和6种当前使用农药（CUPs）检出率普遍较高，检出的TrOCs时空分布特征有所差别，浓度在ng~μg/L级水平，这些物质也成为常规给水处理工艺（混凝、沉淀和过滤）出水中相关污染物的重要来源。虽然不同水质条件有一定的影响，但通过对常规工艺出水的监测发现，本文所研究的几类TrOCs的检出率仍然较高，暴露出常规工艺除痕量有机污染能力的不足，存在超标并威胁人类健康的风险。在前期静态实验研究的基础上，首先建立了适用于不同催化臭氧氧化体系研究的三级催化臭氧反应装置，确定了应用于给水深度处理的工艺最佳运行工况：臭氧柱的比臭氧投量为0.8~1.0、三级接触时间为10~15min，在该条件下，单独臭氧氧化体系对有机物综合指标有一定的控制作用，其中对UV254的去除效果最好，可以作为考察工艺除有机物效能的关键指标。同时研究发现不同温度、水质条件、气液流向和分级的臭氧投加方式都对臭氧氧化体系除有机物效能有一定的影响；通过静态实验优选出催化性能更好的硅酸锌催化剂，考察了硅酸锌非均相催化臭氧氧化体系在实际水体中长期运行的除污染效能，结果发现，该体系的应用明显提高了三级臭氧反应装置对有机物的去除效能，在降低比臭氧投量为0.7~0.8时，即可达到该装置工况条件下的运行效果，投加方式对硅酸锌催化臭氧体系影响较小，而水温变化对该体系影响较大，通过工艺比较发现O3/硅酸锌体系去除消毒副产物前驱物（THMFP）和荧光性有机物的效能明显高于单独臭氧工艺，与传统的生物活性炭工艺联用后，协同作用提升明显，较好的保障了生物活性炭在贫营养或冬季低温水质期对有机物的去除作用。研究了非均相催化体系对实际水体中可检测的不同类别TrOCs的去除效能，发现催化体系对一些和羟基自由基反应速率常数较高的物质的去除率提高明显，对PAEs和CUPs两类TrOCs物质的控制作用优于PAHs。对传统的O3/H2O2体系开展了静态和中试实验考察，确定了该工艺运行工况条件，在O3和H2O2摩尔比为0.5~0.6时，该工艺可以提高对DOC、CODMn和UV254等有机物指标的去除率；首次加入硅酸锌催化剂耦合O3/H2O2体系，结果发现这种多相催化臭氧氧化体系对实际水体中有机物综合指标和TrOCs有明显的促进降解作用，为后续课题开展分级多相催化氧化的机理研究提供数据支持。针对优化的生物活性炭和膜的两种组合工艺进行了考察，比较了工艺在低温、低营养进水条件下的启动和相关除污染物特性，结果发现，生物活性炭吸附降解和膜的物理筛分去除机制协同作用明显，生物活性炭和膜的组合工艺的生物启动期较长，稳定期后粉末活性炭-浸没式超滤（PAC-SUF）的组合方式除有机污染物效能要略高于生物活性炭-超滤（BAC-UF）工艺，而BAC工艺易受到空床接触时间（EBCT）、炭层深度和水温的影响，当延长EBCT≥20min或利用换热装置升高进水温度可以改善冬季生物活性炭除污染效能下降的不利状况；PAC-SUF对水中生物可同化有机碳和荧光性有机物有较好的控制作用，而BAC-UF工艺在去除THMFP有相对的优势，两组生物活性炭和膜组合的工艺对水中TrOCs有一定的控制作用，但总体去除率低于催化臭氧氧化工艺单元。综合来看，高级氧化-生物活性炭-膜滤组合工艺除有机污染效能显著提高，尤其是对水中TrOCs的促进去除作用明显，基于高级氧化工艺对水中有机物的核心控制作用，不同屏障作用机制优化组合，有效去除滤后水中的痕量有机污染物，可以达到优质供水的目的。在引入单位数量级能耗（EE/O）概念比较后发现，硅酸锌催化臭氧氧化能耗利用率高于单独臭氧工艺。