我国饮用水水源污染严重,传统的给水处理工艺难以满足要求。越来越多的水厂增加了深度处理工艺,其中最常见的是臭氧—生物活性炭工艺。然而,水中微量难降解的有毒有害物质被不断发现,单独臭氧对该类物质的去除效果有限,催化剂的引入能够显著提高臭氧体系对该类物质的降解效率。由于不同催化剂的作用机理不同,本研究提出了多种催化剂联用同时提高难降解有机物的去除效果和降低溴酸盐的生成量。本研究以我国南方地区高氨氮高有机物污染的河网原水为试验对象,采用三级催化氧化工艺进行了规模120m~3/d、为期10个月的现场中试研究。通过前端水处理工艺单元之间的超越和切换,研究了深度处理阶段不同进水水质条件下的处理效果,为工艺流程的选择提供依据。结果表明,采用曝气生物滤池、混凝、沉淀、过滤、催化臭氧氧化—BAC工艺出水全年达标,即使冬季水温低至5℃～8℃,出水耗氧量<2.6mg/L,氨氮<0.5mg/L,UV254<0.03cm-1,锰<0.5mg/L,浊度<0.2NTU,溴酸盐<5μg/L,THMsFP<45μg/L。同时,对臭氧阶段和生物活性炭阶段的影响因素进行了分析,综合考虑了自然因素水温、水质以及人为可控因素的影响,包括:臭氧投量、投加方式、接触氧化时间、有无催化剂、空床接触时间、运行流向、炭层高度等,为最佳工艺参数的选择提供了依据。研究发现:减少臭氧投量、臭氧单点投加、缩短接触时间、无催化剂存在时对氨氮的控制有利;耗氧量主要与臭氧投量、水温和生物活性炭的运行流向有关,与臭氧投加方式、接触时间以及有无催化剂关系不大;锰的去除与是否投加臭氧或投加多少臭氧无关,最终出水锰均能降至0.05mg/L;催化剂的存在能够明显改善后续生物活性炭对THMsFP的去除效果,去除率提高了30%;当进水溴离子约为150μg/L时,催化剂能够使氧后水溴酸盐从28.4μg/L降至6.5μg/L,降低了77%。最后,在工程可行性限定的操作参数范围内,研究发现不同水质指标受影响因素的作用趋势和响应程度各不相同。针对该情况并依托对水质指标的影响因素分析,提出了四种可用于工艺参数系统优化的概念方法,包括:打分法、重要指标提取法、贡献率统计法和分类法,上述方法使用方便、意义直观、具有一定的工程实用价值。