饮用水的传统处理技术（混凝-沉淀-过滤-消毒）由于存在流程复杂、占地面积大以及不能有效去除微污染水源水中微量难降解有机物等诸多问题，难以满足新的饮用水水质标准要求。膜生物反应器（MBR）是一种高效的净水处理技术，向MBR投加粉末活性炭（PAC）可强化处理微污染水源水，尤其是提高对水中难降解有机物的去除能力。但由于水源水质不同，MBR在实际应用中表现出较大的性能差异，因而有必要对MBR系统去除各类污染物的性能和原理进行深入研究，以更好的指导实际应用。研究了MBR净化微污染水源水的特性。结果表明，MBR污泥和附着污染层的UF膜对氨氮、NOM和部分微量难降解有机物去除贡献较大，而曝气吹脱主要去除挥发性有机物。对MBR运行方式优化后，处理效果得到提升：对UV254、TOC的平均去除率均分别为53%和43%，对三氯乙烯、硝基苯、三氯酚的平均去除率均在63%以上。为提高MBR对微污染有机物的去除效果，考察向反应器中投加粉末活性炭形成PAC-MBR组合工艺的净水性能。粉末活性炭的投加方式分为单次投加和间隔多次投加，间隔投炭方式可稳定均衡的提升MBR对污染物的去除效果。间隔投加10mg/L活性炭的PAC-MBR工艺70天连续运行数据显示，组合工艺稳定运行期间净水性能良好，且显著优于MBR：对比未投炭MBR，组合工艺对UV254、TOC、氨氮的平均去除率分别提升27%、18%和41%；硝基苯和三氯酚平均去除率分别提升22%和21%。此外，投加PAC提高了组合工艺抗冲击负荷能力，系统稳定运行期间各污染物出水浓度均达到相应水质标准。同时考察了投加PAC对膜污染的影响。结果表明，投加PAC的系统膜清洗周期比单独MBR系统延长了1.6倍，达8.75d。三维荧光光谱分析结果表明，PAC-MBR系统对酪氨酸类蛋白质、色氨酸类蛋白质、富里酸、可溶性生物代谢物和腐殖酸这五类有机物的去除率均高于MBR，并可去除MBR所不能去除的腐殖酸和富里酸，去除率分别达到44%和45%。混合液污泥粒径分布显示，投加PAC后的污泥絮体平均粒径增大56%，更不易堵塞到膜孔中。SEM微观形貌观察进一步证明，传统MBR膜表面的污染层较为密实，基本无法分辨膜孔，而PAC-MBR系统的膜表面污染层较为疏松，膜孔清晰可辨。研究了PAC-MBR系统中微污染有机物去除途径。分析结果表明，曝气吹脱对三氯乙烯的去除贡献最大，对三氯酚的去除能力较小，对硝基苯基本不能去除。粉末活性炭对硝基苯和三氯酚均有良好的吸附能力，吸附曲线分别符合准二级和准一级动力学方程，Langmuir模型预测的最大吸附容量分别为31.81mg/g和31.99mg/g。低进水量间歇式反应器法（FBR）测定不同污泥对硝基苯和三氯酚的最大比降解速率qmax证明，PAC-MBR污泥对微污染有机物的生物降解能力和抗冲击负荷能力均强于MBR污泥。Langmuir模型预测活性污泥对硝基苯和三氯酚的最大吸附量分别为0.06mg/g和0.30mg/g。通过对稳定运行的PAC-MBR进行物料平衡计算表明，三氯乙烯可由吹脱作用较彻底地去除；硝基苯主要通过生物降解（去除率58%）和PAC吸附（去除率29%）去除，三氯酚主要通过生物降解（去除率75%）和曝气吹脱（去除率16%）去除。