由于当前水资源短缺和水环境污染问题严峻,因此亟需开发深度水处理技术,以实现污废水水资源回用。膜分离技术被广泛应用于水资源回用领域中。相比于传统超滤技术,新兴超低压驱动膜过滤技术具有能耗低、运行简易、投资造价低的优势,并已被研究、应用于多类水处理领域中,包括:灰水处理、雨水回用、印染废水处理、灾后应急水处理等。超低压膜过滤的水力驱动压力往往在0.1 bar及以下,该水力驱动压力通常可由重力流提供,以减少泵和电机的使用从而进一步降低成本。相较于传统超滤,超低压驱动膜过滤对污染物具有更佳的截留效果。然而除尺寸排阻原理外,超低压驱动膜过滤的截留机制尚未见详细报道,相关的膜污染机制也不够完善。此外,尽管截留效果优于传统超滤,超低压驱动膜过滤技术对于水体中溶解性有机物的去除效率仍旧有限,对于新兴微污染物的去除更是微乎其微。针对以上挑战,本文考察了超低压驱动膜过滤技术的截留和膜污染机制,并采用原位化学催化、原位电催化与膜滤相结合的方式进一步强化超低压驱动膜滤效能。陶瓷膜由于较强的化学稳定性和热稳定性,被采用作为基底、用以制备催化膜。论文首先研究了超低压驱动膜的膜滤表现和截留机制。针对三种不同物化性质、尺寸远小于膜孔径的典型有机污染物:腐殖酸（HA）、牛血清蛋白（BSA）、溶菌酶（LYS）,采用分子截留量为300 k Da的陶瓷膜进行超低压重力流膜滤,研究其在不同水力驱动压力（10 cm–110 cm的重力流运行高度）下的截留与膜污染表现。结合膜滤表现,采用XDLVO理论（Extended Derjaguin–Landau–Verwey–Overbeek theory）与水力拖拽力分析膜与污染物之间的相互作用关系,发现:静电（EL）作用力对重力流驱动陶瓷膜（GDCM）的截留表现至关重要。水力驱动压力与水力拖拽（PD）力呈正相关,PD力的变化主要影响EL效能的发挥,而对范德华作用力和酸碱对作用力的效能发挥影响微弱。当GDCM过滤同电性污染物（HA、BSA）时,较低的重力流运行高度会降低PD力,导致形成更大和更强的EL排斥区域,使得污染物颗粒远离膜面、GDCM截留率更高;尽管截留的污染物相比于较高重力流运行高度条件下的截留污染物更多,但由于其所形成的滤饼层以较弱的作用力附着于膜表面,因此形成的滤饼层更为松散、更易被水力清洗去除。此外,由水力运行高度的降低导致孔堵塞污染和滤饼层污染的“权衡”关系可知,改变膜的电性有望同时提高超低压驱动膜滤的截留和抗污染性能。该研究对于超低压驱动陶瓷膜的选择/制备/修饰和膜滤性能的控制优化提供了理论指导。为了强化超低压驱动膜对水体中溶解性有机物的去除效果,本研究采用溶胶凝胶法制备铁酸铜陶瓷膜（Cu Fe CM）,构建了过一硫酸盐（PMS）/Cu Fe CM的原位催化过滤系统,以提高超低压驱动膜的净水效能。针对水体中存在的典型有机污染物腐殖酸（HA）,PMS/Cu Fe CM原位催化过滤系统实现了对于HA高达76.2%的总有机碳（TOC）去除率,远高于传统陶瓷膜滤（TOC去除率30.1%）。相较于传统陶瓷膜滤,PMS/Cu Fe CM原位催化过滤系统降低了不可逆污染程度(0.13×10-12 m-1)、显著提高了HA污染后膜的水力清洗效率（通量恢复率25.9%）。该性能的提升归因于催化氧化与膜过滤的协同作用。通过对反应前后HA的各项表征发现,PMS/Cu Fe CM催化氧化后HA内的酚醛化合物和芳香环得到一定程度降解、两特征荧光团显著降解,HA转化为更为疏水、低分子量、具有不饱和键的结构。不饱和键促使HA颗粒聚集变大,进而促进Cu Fe CM的有效位阻截留。此外,氧化后HA和Cu Fe CM之间的总吸引能相比于氧化前HA和陶瓷膜基底之间的总吸引能更低,这有助于PMS/Cu Fe CM催化过滤后、进行水力清洗时HA从膜面的有效脱落。PMS/Cu Fe CM原位催化过滤系统在处理高污染废水的实际错流运行中具备潜在应用价值。最后,针对超低压驱动膜对新兴微污染物去除率极低的问题,本研究构建了双面反应性电催化膜。双面反应性电催化膜以陶瓷膜为基底,采用磁控共溅射法在膜两侧喷涂钯和铂金属催化剂构建阴极区和阳极区。相比于目前单活性面电催化膜仅将半电池反应与膜载体结合的情况,双面反应性电催化膜充分利用电化学氧化还原全反应和膜内微纳空间限域效应,提高了电催化膜反应效率、拓展了电催化膜功能。在为两电极提供1.6 V的低电压下,双面反应性膜（Pd-Pt-CM）在超低压驱动过滤过程中以原料液中溶解氧气为前驱体,在膜内不同区域发生顺序电还原、电氧化反应,以原位生成的过氧化氢和超氧自由基为中间体,在膜内高效生成了单线态氧。研究将典型有害微污染物磺胺甲恶唑（SMX）添加入原料液中以探究Pd-Pt-CM的水质净化性能。结果表明,83%的SMX在Pd-Pt-CM内仅停留23s即可被去除。相比于其他电过滤模式,Pd-Pt-CM“流通式”电过滤模式的效能比仅使用单活性面电催化膜滤模式的效能高3至7倍;比传统“流过式”电化学模式高一个数量级。Pd-Pt-CM电过滤系统中膜内原位生成的活性氧物质（ROS）对实现微污染物高效去除起主要作用。本研究为未来发展基于ROS氧化为核心的电催化膜水质净化技术提供了理论基础,也为设计具有更广泛应用前景的高效电活性膜构型提供了新思路。