針對20世紀末出現的城市飲用水重大微生物安全性問題，中國工程院院士、哈爾濱工業大學教授李圭白院士提出了以超濾為核心技術的第三代城市飲用水凈化工藝。在日前舉辦的“全國給水深度處理研究會2007年年會”上，李圭白院士對這一新工藝進行了深入的解讀。
李圭白院士在發言中指出，第二代飲用水凈化工藝的出水中細菌含量顯著增多，不能有效殺滅和控制飲用水中的賈第鞭毛蟲、隱孢子蟲、劍水蚤、藍綠藻等有害生物，出廠水在輸送和貯存過程中出現微生物增殖現象，從而導致飲用水的生物安全性降低，這一系列的生物安全性問題使得第二代工藝的合理性和優越性逐漸不再被充分認可。“飲用水的生物安全性，是飲水安全較重要和首要必須保證的”，李圭白院士在發言中強調。
膜是21世紀新材料中的一個增長點，微濾膜、納濾膜和超濾膜都可用于城市飲用水處理。其中，微濾膜孔徑較大，不能充分截留去除病毒和細菌；納濾膜和超濾膜的孔徑均小于水中的病毒、細菌、原生動物、藻類等致病微生物，能將水中的微生物幾乎全部去除，是較有效的去除水中微生物的方法。“目前在我國選擇超濾膜提高水的生物安全性是比較可行的”，李圭白院士指出，超濾膜本身能去除部分的天然大分子有機物，另外，通過在膜前增設生物粉末活性炭，構成高效的超濾膜—生物粉末活性炭反應器，這樣水中的微量有機污染物也會被有效去除，從而可以獲得生物穩定性更高的出水。
李院士指出，過去由于膜的價格昂貴，一直沒有將膜濾用于大型城市自來水廠，多用于小型水處理裝置中。近年來，隨著膜制造技術的快速發展，膜的性能不斷提高，目前超濾膜已在我國形成規模生產能力，其性能和質量已達到國外同類產品水平，能夠為數萬噸/日的大規模水廠提供膜材料，其價格也逐漸降低，現在已達到可與D1代工藝競爭的價位。李圭白院士以蘇州市的一個1萬m3/d的超濾凈水廠為例進行了費用分析，該超濾凈水廠建設費用約300元/m3/d，運行成本為0.0782元/m3，與該水廠原傳統工藝的費用大體相同。另一方面，新的生活飲用水標準的頒布和國家節水減排政策的出臺也給膜技術在城市飲用水凈化方面的應用打開了極大的市場空間。
我國絕大多數城市水源為III類水體，李圭白院士提出的以超濾為核心技術的第三代城市飲用水凈化工藝就是以III類水體作為原水，先經過安全預氧化（或強化混凝），再經過生物活性炭（或超濾），較后經過安全消毒，獲得優質的飲用水。將超濾置于活性炭之后，可截留出水中的微生物及炭微粒；同時，第三代城市飲用水凈化工藝通過對水中的致病微生物和水生生物、濁質、有機物等設置多級屏障，可以使其含量得到逐級削減，較后得到優質的飲用水；采用的多種處理單元具有互補性和協同效應，從而使整體得到優化。以超濾為核心技術的第三代城市飲用水凈化工藝不僅高效經濟，還體現了綠色工藝的理念，其中的膜濾、活性炭吸附和生物降解都是綠色工藝。
李圭白院士較后說，新的《生活飲用水衛生標準》中規定的微生物指標是相對安全的，而以超濾為核心的第三代城市飲用水凈化工藝將使飲用水的生物安全性從相對安全走到安全，使城市飲用水凈化工藝產生重大變革。
過去城市居民飲用水衛生安全性得不到保障，致使水介烈性細菌性傳染病（如霍亂、痢疾、傷寒等）流行， 對人們生命健康危害極大。在這個背景下，20世紀初，研發出了混凝—沉淀—過濾—氯消毒凈水工藝，可稱為D1代飲用水凈化工藝。
20世紀70年代，由于水環境污染，在城市飲用水中發現了種類眾多的對人體有毒害的微量有機污染物（如致癌、致畸、致突變物質等）和氯化消毒副產物，而D1代工藝又不能對其有效地去除和控制。在這個背景下研發出了第二代飲用水凈化工藝，即在D1代工藝后面增加臭氧—顆粒活性炭深度處理工藝。
20世紀末，由于水環境污染的加劇，以及水質檢測技術的發展，又發現了許多新的水質問題，如賈第蟲和隱孢子蟲（兩蟲）問題，水蚤、紅蟲問題，藻類污染加劇及臭味、藻毒素問題，水的生物穩定性問題、高氨氮含量問題，內分泌干擾物問題等等。為此，包括我國在內的世界各國都對飲用水制訂了指標項目更多（100多項）和更嚴格的水質衛生標準。第二代工藝對上述的水質問題，只取得了一定處理效果。例如對“兩蟲”、水蚤、藻類都不能百分之百地去除，對高氨氮含量（氨氮含量＞2~3mg/l）難于降到水質標準（0.5mg/l）的要求等等。此外，臭氧氧化能生成溴酸鹽、甲醛等對人體有較嚴重毒害作用的氧化副產物，使臭氧的廣泛使用受到質疑；有的研究指出，第二代工藝經顆粒活性炭的出水中細菌含量顯著增多、且有的細菌抗氯性增強，此外含有的細微炭粒會對后續消毒效果產生不利影響；這就使人們對第二代工藝的合理性和優越性不再被充分認可。在這個背景下，有待研發出比第二代工藝更安全更有效的第三代飲用水凈化工藝。