針對20世紀(jì)末出現(xiàn)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(yè)大學(xué)教授李圭白院士提出了以超濾為核心技術(shù)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(jìn)行了深入的解讀。
李圭白院士在發(fā)言中指出，第二代飲用水凈化工藝的出水中細(xì)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(lán)綠藻等有害生物，出廠水在輸送和貯存過程中出現(xiàn)微生物增殖現(xiàn)象，從而導(dǎo)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(yōu)越性逐漸不再被充分認(rèn)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(fā)言中強調(diào)。
膜是21世紀(jì)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(xì)菌；納濾膜和超濾膜的孔徑均小于水中的病毒、細(xì)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(shè)生物粉末活性炭，構(gòu)成高效的超濾膜—生物粉末活性炭反應(yīng)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(wěn)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(shù)的快速發(fā)展，膜的性能不斷提高，目前超濾膜已在我國形成規(guī)模生產(chǎn)能力，其性能和質(zhì)量已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，能夠為數(shù)萬噸/日的大規(guī)模水廠提供膜材料，其價格也逐漸降低，現(xiàn)在已達(dá)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(jìn)行了費用分析，該超濾凈水廠建設(shè)費用約300元/m3/d，運行成本為0.0782元/m3，與該水廠原傳統(tǒng)工藝的費用大體相同。另一方面，新的生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的頒布和國家節(jié)水減排政策的出臺也給膜技術(shù)在城市飲用水凈化方面的應(yīng)用打開了極大的市場空間。
我國絕大多數(shù)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(shù)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(jīng)過安全預(yù)氧化（或強化混凝），再經(jīng)過生物活性炭（或超濾），較后經(jīng)過安全消毒，獲得優(yōu)質(zhì)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(zhì)、有機物等設(shè)置多級屏障，可以使其含量得到逐級削減，較后得到優(yōu)質(zhì)的飲用水；采用的多種處理單元具有互補性和協(xié)同效應(yīng)，從而使整體得到優(yōu)化。以超濾為核心技術(shù)的第三代城市飲用水凈化工藝不僅高效經(jīng)濟，還體現(xiàn)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(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的微生物指標(biāo)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(chǎn)生重大變革。
過去城市居民飲用水衛(wèi)生安全性得不到保障，致使水介烈性細(xì)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(jì)初，研發(fā)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(jì)70年代，由于水環(huán)境污染，在城市飲用水中發(fā)現(xiàn)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(zhì)等）和氯化消毒副產(chǎn)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(fā)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(jì)末，由于水環(huán)境污染的加劇，以及水質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展，又發(fā)現(xiàn)了許多新的水質(zhì)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(wěn)定性問題、高氨氮含量問題，內(nèi)分泌干擾物問題等等。為此，包括我國在內(nèi)的世界各國都對飲用水制訂了指標(biāo)項目更多（100多項）和更嚴(yán)格的水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。第二代工藝對上述的水質(zhì)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（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(yán)重毒害作用的氧化副產(chǎn)物，使臭氧的廣泛使用受到質(zhì)疑；有的研究指出，第二代工藝經(jīng)顆粒活性炭的出水中細(xì)菌含量顯著增多、且有的細(xì)菌抗氯性增強，此外含有的細(xì)微炭粒會對后續(xù)消毒效果產(chǎn)生不利影響；這就使人們對第二代工藝的合理性和優(yōu)越性不再被充分認(rèn)可。在這個背景下，有待研發(fā)出比第二代工藝更安全更有效的第三代飲用水凈化工藝。