随着我国经济的发展,人们对饮用水水量和水质的需求都逐年增长。水质标准的提升,对各水质指标有着更为严格的要求,常规水处理工艺面临诸多水质安全性问题。超滤工艺作为第三代饮用水处理技术,大大提升了水质的生物安全性与化学安全性,成为目前我国净水厂建设与改造升级的最佳选择。为将超滤技术在兰州第二水源地饮用水处理中的应用提供技术支持,本研究对刘家峡水库水进行了水质分析,并针对其水质特点,提出采用直接超滤工艺、混凝沉淀超滤工艺、在线混凝超滤工艺以及粉末活性炭超滤工艺对其进行净化处理。并以浸没式超滤膜为基础,利用自制超滤系统,对这四种超滤组合工艺进行了深入研究,重点研究了工艺净化效果与运行情况。最后采用层次分析法对各超滤组合工艺进行了综合评价,确定出最适宜于刘家峡水库水净化处理的超滤工艺形式。主要结论如下:(1)刘家峡水库水水质较好。浊度低,偏碱性,电导率较低,含盐量较少。UV254较低,表明水中溶解性有机物含量较低。温度相差大,在低温时会呈现低温低浊的特征。刘家峡水库水中溶解性有机物分子量分布比较均匀,分子量在4k~10k Da之间的溶解性有机物较多。刘家峡水库水中溶解性有机物亲疏水性分布差异较大,疏水性有机物占溶解性有机物总量的83.33%,且主要为强疏水性成分,亲水性成分只占16.67%。(2)采用直接超滤工艺处理刘家峡水库水,发现适当提高进水浊度,有利于直接超滤过程膜污染的降低;直接超滤工艺对原水中的浊度物质具有良好的去除效果,而对水中有机物去除效果不明显;超滤膜对原水中溶解性有机物的去除主要集中在4k~10k Da分子量区间内,对原水中强疏水性有机物有较好的去除;直接超滤工艺运行稳定后,PVDF膜相对通量会保持在0.05与0.07之间周期变化,PAN膜相对通量会稳定在0.26与0.39之间;浓差极化阻力是主要过滤阻力;超声波清洗与酸洗+碱洗的方式对直接超滤工艺超滤膜的清洗效果较好。(3)采用混凝沉淀超滤工艺与在线混凝超滤工艺处理刘家峡水库水,发现投加混凝剂会使膜相对通量明显提高;混凝过程显著提高了工艺与超滤膜本身对UV254的去除效果;混凝过程与超滤膜对原水中溶解性有机物的去除主要集中在4k~10k Da的分子量区间内,并且对原水中强疏水性有机物有着良好地去除效果;浓差极化阻力是主要过滤阻力。与直接超滤相比,混凝沉淀超滤工艺使PVDF膜与PAN膜的过滤总阻力分别降低了6.48%与41.12%,分别主要由滤饼层阻力的降低与浓差极化阻力的下降引起;在线混凝超滤工艺使PVDF膜与PAN膜的过滤总阻力分别降低了20.91%与9.69%,主要由浓差极化阻力的下降引起;超声波清洗与酸洗+碱洗的方式对混凝沉淀超滤工艺超滤膜的清洗效果明显;对于在线混凝超滤工艺,酸洗+减洗、超声波清洗、水力反洗以及擦洗均有较好的处理效果;两种形式的混凝超滤工艺相比,各清洗方式对在线混凝超滤工艺超滤膜更为有效;与直接超滤工艺相比,各清洗方式对膜通量的恢复变得更有效,尤其是擦洗的效果明显提升。(4)采用粉末活性炭超滤工艺处理刘家峡水库水,发现膜前粉末活性炭处理对水的UV254有着很高的去除效果;粉末活性炭主要去除了小于10k Da分子量的有机物与疏水性有机物,超滤膜本身对经粉末活性炭吸附后原水中有机物去除效果不明显;与直接超滤工艺相比,粉末活性炭超滤工艺明显提升了PVDF膜与PAN膜的相对通量,增幅分别为142%~200%与8%~12%;浓差极化阻力是主要过滤阻力;与直接超滤相比,粉末活性炭超滤工艺使PVDF膜与PAN膜的过滤总阻力分别降低了18.84%与31.41%,主要由浓差极化阻力的降低引起,与此同时,粉末活性炭超滤工艺的滤饼层阻力与吸附阻力均有所增加;超声波清洗与酸洗+碱洗的方式对粉末活性炭超滤工艺超滤膜的清洗效果较好。与直接超滤工艺相比,各清洗方式对膜通量的恢复变得更有效,尤其是酸洗与擦洗的效果明显提升。(5)对刘家峡水库水超滤工艺进行评价研究,发现膜材料自身特性对浊度的截留起主要作用,其作用大于工艺形式对出水浊度的影响,PAN膜比PVDF膜对处理刘家峡水库水浊度更有效果;工艺形式对UV254的截留起主要作用,其作用大于膜材料特性的影响,粉末活性炭超滤工艺对水中UV254的去除效果远远优于其他形式的超滤组合工艺;工艺形式与膜材料对产水率均有重要影响,PVDF膜粉末活性炭超滤、PAN膜粉末活性炭超滤与PAN膜在线混凝超滤产水率较高,均在90%以上;PAN膜在线混凝超滤工艺的运行费用最低;膜折旧费占各超滤组合工艺运行费用的比例最大;采用层次分析法将各超滤组合工艺的工艺稳定性、出水水质安全性与系统经济成本综合进行评价,计算了各超滤组合工艺的优势性权重,按权重越大越优原则,PAN膜在线混凝超滤工艺与其他超滤组合工艺相比更适宜于处理刘家峡水库水。