城市化进程使得人口和水的分布无法均衡，故对给水造成了前所未有的压力。在20世纪，污水处理强调污染消除、公众健康保护和通过自然环境的降解过程去除可生化的物质、营养和病原体。然而，近年来实现污水资源化利用成为一个新的课题。污水资源化处理技术也都是目前已经比较成熟的水处理技术。膜集成技术目前再生水回用处理的主流工艺，而其中MBR应用较广。本文以实际水厂为研究对象，从数学模拟在MBR工艺运行优化中的应用、长期运行过程中MBR中膜污染行为和控制技术、臭氧氧化深度处理进三个方面开展了系统研究。首先，利用BioWinTM软件建立了MBR工艺模型，利用稳定运行的月平均数据进行了初步校正，利用校正的模型进行了模拟分析预测，采用修正的摩尔斯分类筛选法对运行参数的局部灵敏度进行分析，初步得到了复杂条件下MBR工艺的优化运行策略：MBR工艺各项出水水质指标普遍对SRT的灵敏度高，故在排泥过程中应该特别谨慎，应预先运用数学模拟软件对调整的影响进行预测；由于MBR系统高的污泥浓度，出水COD指标对除SRT之外的各项工艺参数皆不灵敏，从而说明MBR工艺在COD去除方面十分稳定；由于MBR系统中出水TP对系统SRT、缺厌回流比、好缺回流比参数灵敏。在进水水量、水质不可控的背景下，可以优先选取SRT、缺厌回流比、好缺回流比等参数进行工艺调整；MBR系统中出水硝酸盐指标对系统SRT、DO参数灵敏，缺厌回流比、好缺回流比参数中度灵敏，在进水水量、水质（VFA）不可控的背景下，针对出水TN进行工艺调整时，可以优先选取SRT、DO作为调整对象，维持缺厌回流比、好缺回流比不变。通过三维荧光、分子量和红外光谱的分析，造成PVDF超滤膜污染的主要有机物是分子量在10kDa~100kDa区间内的蛋白、多糖类以及分子量在100Da~10kDa之间的腐殖酸类。此外，洗脱液蛋白类物质含量最高，占总量的65%以上，且随着运行时间的延长逐渐增加，呈上升的趋势。其次为腐殖酸类，含量在11%以上，而多糖类有机物含量最低。同时SMP类和腐殖酸类则有所下降，分别从14.94%下降至9.29%和19.45%下降至11.98%。蛋白类有机物是PVDF膜的主要有机污染物，对膜污染有重要的贡献作用。对于运行时间较短的MBR，通过维护性清洗即可去除污染物，使得通量迅速恢复，但对于长期运行的MBR，即便采用双清洗过程，通量仍很难恢复（超过500天）。针对城市污水再生处理臭氧氧化脱色效果及稳定性开展了相关研究。结果表明，臭氧氧化处理过程可以有效去除水中表色与真色。氧化后的水样自然条件模拟过程中，不同臭氧投加量的水样22天后真色并没有明显变化。投加量0、2、4、6mg/L的水样表色在12天之前逐渐增大，由当天的20、11、6、5度逐渐增长到36、35、25、26度。12天之后表色开始快速增加，到22天时，表色快速增长至126、322、355、559度。臭氧投加量为8、10mg/L的水样表色只有在最后四天才快速增加，增加幅度并不大。研究表明，水体的色度变化主要由藻类的大量繁殖引起，高浓度的臭氧投加量可以维持水体色度稳定性，延长水体表色复色时间.推荐城市污水再生处理过程臭氧投加量为8mg/L。研究为城市污水再生处理臭氧氧化脱色和保持水质稳定提供了理论依据和技术支持。