近年来,随着饮用水水源污染的日益严重和水质标准的不断提高,常规水处理工艺在水质安全方面已经无法满足人们的要求。超滤膜以其独有的优势在水处理中的应用价值得到了广泛认可,然而不可避免的是在超滤过程中会带来膜污染的问题。因此,怎样在保证水质的前提下降低膜污染,是阻碍超滤工艺大规模推广使用的关键问题。在以往的研究中,主要注重不同的预处理工艺对超滤膜污染的缓解作用,而从颗粒形态角度来研究超滤膜污染的影响还有待深入。本文首先研究了分散胶体颗粒粒度分布变化对超滤膜污染的影响。将分散胶体颗粒体系以浊度为标准分类,探讨颗粒粒径的演变规律对超滤膜污染的影响,研究结果表明:初始浊度值为10NTU时,膜通量仅下降15%左右,而初始浊度值为50和100NTU时,膜通量下降幅度超过40%。说明分散胶体颗粒体系中,颗粒总数增多会加重超滤膜的污染,而中、大尺寸的颗粒数量增多,可以明显的缓解超滤膜的不可逆污染;数值模拟结果显示,颗粒聚集过程促使分散颗粒聚集成尺寸较大且孔隙率较大的凝聚体,有效的缓解超滤膜表面污染。凝聚体的结构随着水溶液化学性质的改变而改变。PACl投加量为20mg/L,水溶液呈中性和碱性条件时,凝聚体的平均粒径较大,结构较松散且大尺寸凝聚体所占比例较多;低絮凝剂投药量下,凝聚体的平均粒径及生长速度均随Na+和Ca2+浓度的增大而增大,而高投药量下,Na+和Ca2+的投加对凝聚体结构的影响甚微;超滤膜比通量与凝聚体的平均粒径呈正相关性,与凝聚体的分形维数呈现负相关性;破碎-再重组过程有效的改善了凝聚体结构特征,在改进型三维DLCA模型的基础上建立了凝聚体破碎-再重组模型,模拟结构显示:高剪切力下凝聚体破碎成四部分,系统内的凝聚体数量由660增加至1630,发生破碎的凝聚体占总团簇数的2/3;破碎过程引发凝聚体粒径减小,加重了膜污染程度。而再重组过程,凝聚体粒径有所回升,粒度分形维数降低,且平均空隙率上升,有效了缓解了超滤膜污染。研究了动态悬浮层调控微颗粒粒度变化对超滤膜污染的影响。沉后水中微颗粒数量在7000个左右时,会导致膜通量下降17%,且微颗粒数量与超滤膜比通量之间具有较好的相关性;对形成动态悬浮层的水力条件进行仿真模拟,结果表明:破碎强度为200rpm时,进入沉淀池的絮体尺寸较为均匀,变流速双层斜板沉淀池内,过渡区水流流速较大,双进水口设计,增大了过渡区内大速度区域的范围和悬浮层的颗粒浓度,为大尺寸絮体悬浮在过渡区的上部提供了有利条件。建立了连续流絮凝-变流速双层斜板沉淀反应器,确定5~8μm的颗粒是组成悬浮层颗粒的主要部分;对影响悬浮层特征颗粒形态的因素进行分析得出,投药量为30mg/L,破碎强度控制在250rpm且沉淀池水力停留时间缩短两倍,悬浮层5~8μm的颗粒数增多,悬浮层浓度增大。悬浮层区5~8μm特征颗粒与超滤膜污染呈负相关性,动态悬浮层的存在可以有效控制沉后水中颗粒粒度的分布,减少微颗粒数量,有利于缓解超滤膜的污染;对颗粒形态的控制机制进行研究,结果表明:颗粒之间的碰撞几率减小导致低温低浊水较难处理;粒子的粘附间距和粘附系数可以很好的表征混凝剂特性;破碎-再重组过程中使颗粒的尺寸分布趋于均匀,有利于悬浮层的形成;研究了颗粒物质的渗透性与超滤膜表面的滤饼层通透性的关系,建立了颗粒物形态特征参数与超滤膜通透性的定量关系,得出多孔颗粒物质的分形维数越小,孔隙率越大,其有效渗透率越大;破碎后投加9mg/LPACl对超滤膜比通量提高30%,而破碎后投加5mg/L无离子型-PAM对超滤膜比通量提高40%。破碎后再次投加药剂改善了凝聚体的形态特征,有效的减轻了膜表面的污染程度。