20世紀以前，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。20世紀初，研發出了混凝一沉淀一幣丈濾一氯消毒凈水工藝，稱為第一代城市飲用水凈化工藝。第一代工藝使水介烈性細菌性傳染病的流行得到有效控制，為人類社會的發展作出了重大貢獻。美國工程院、科學院以及27個學會對20世紀曾就人類社會作出突出貢獻的工程技術進行評選，在被推薦的105項工程技術中，城市集中供水及水質凈化技術被列為第四(第一為電氣化、第二為汽車、第三為航空)。
20世紀中葉，發現r城市水介病毒性傳染病(肝炎、小兒脊椎灰質炎等)的流行。研究表明，水中的病毒常附著在顆粒物上，只要將水中顆粒物盡量地去除，將水的濁度降至0.5NUT以下，再經氯消毒，就可以控制病毒性傳染病的流行。從而，水的濁度已不再是一個感官性指標，而是與水的微生物安全性相關的指標，因此受到極大的重視，美國已將濁度止式列為水的微生物學指標。由于對水的濁度提出嚴格的標準，即要求對水源水進行深度除蝕，進一步推動了第一代工藝的發展。
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和氯化消毒副產物，而第一代工藝不能對其有效去除和控制，使水的化學安全性堪憂，某些水中微量有機污染物能使人致癌、致畸、致突變〔三致物)。用氯對水進行消毒時，氯與水中的有機物(主要是天然有機物)作用，能生成下肉甲烷、鹵乙酸等氯化消毒副產物，其中大部分是對人體有毒害的二致物。在這個背景下研發出第二代城市飲用水凈化工藝，即在第一代工藝后而增加臭氧一活性炭深度處理工藝。第二代工藝能比較有效地去除和控制水中的有機污染物和氯化消毒副產物，使水的化學安全性得到提高。
20世紀末葉，水中發現了新的致病原生動物—藍氏賈第蟲和隱袍子蟲〔“兩蟲”)，出現了藻類大量繁殖以及藻毒素、嗅味、水的生物穩定性、有害水生生物—劍水蚤和紅蟲等重大微生物安全問題。
賈第蟲在自然界分布很廣，包括兩棲動物、鳥類、哺乳動物在內的數十種動物休內都發現了賈第蟲。環境水體中存在的是賈第蟲包囊，為卵形，長為8一12μm，寬為7-10μm，具有很強的抗氯性，一口穿過濾池進人飲用水中，便可使人致病。隱抱子蟲是寄生于哺乳動物、鳥類和魚類胃腸道和呼吸道內的球蟲，分布于世界各地，隱抱子蟲的感染是由于攝人其卵囊所致。隱泡子蟲卵囊為球形尺寸為4-6μm具有很強的抗氯性，一旦穿過濾池進人飲用水中，便可使人致病。第一代工藝和第二代工藝都難以完全防止“兩蟲”進人飲用水中，所以成為水業界高度關注的問題。
由于水環境污染加劇，導致湖、庫水休富營養化，藻類大量滋生，藻含量可達上千萬、甚至上億個/升。這樣高的藻含量，常會堵塞濾池，使水處理產生困難。第一代和第二代工藝難以將水中藻類徹底去除，即使除藻率達到99%，也有數十萬甚至上百萬個丫升的藻類穿過濾層進人飲用水，進而生成氯化消毒副產物、嗅味物質，并成為細菌再繁殖的營養物質。有的藻類(如藍綠藻等)能生成藻毒素，有的能產生嗅味物質，使水的安全性和品質下降。藻類問題已成為城市水廠普遍關注的難題。
近年來發現，城市水廠出廠水在輸配過程有微生物增殖現象，被認為是生物不穩定的水。在增殖的微生物中，有的是條件致病菌，如軍團菌、氣單胞菌，以及綠膿桿菌、分枝桿菌等，從而使水的生物穩定性成為一個重大的飲用水微牛物安全性問題。
劍水蚤是一種小型甲殼類動物，體長為1-2mm，以藻類為食，活動能力很強，能穿透濾層，并且具有很強的抗氯性一般氯消毒難以將其殺死，故能進人飲用水中。劍水蚤是能寄生在人體的麥地那龍線蟲的宿主。在湖、庫水體中，由于水體富營養化而致藻類大量繁殖，為劍水蚤提供了充足的食物，而水體中以劍水蚤為食的負類又因捕撈過度等原因大量減少、導致劍水蚤大量繁殖，成為有待解決的一個問題。紅蟲是搖蚊幼蟲，有極強的抗氯性，甚至可在清水池中繁殆，它隨水進人輸配管道，一旦由水龍頭中放出，會使人對飲水產生厭惡感。
近年來又發現第二代工藝中顆粒活性炭濾池出水中的細菌含量增多，細菌的抗氯性增強，并且出水中含有的細微炭粒會對細菌起到保護作用。此外，劍水蚤和紅蟲還能在活性炭濾層內繁殖，使其在出水中增多。所以第二代工藝使水的化學安全性提高了，但同時卻使水的微生物安全性降低了。
綜上所述，20世紀末新出現的城市飲用水重大微生物安全問題，第一代和第二代土藝均已無法有效地解決，在這個背景下有待研發出更安全更有效的第三代城市飲用水凈化工藝。
第三代飲用水凈化工藝，不僅要有效和經濟，并且還應體現綠色工藝的理念。會造成二次污染的凈水技術已不符合環境保護的要求，將會逐步受到限制，因此研制開發新型綠色凈水技術是當前凈水上藝的發展方向。
綠色凈水工藝要求在提高效率或優化效果的同時，能夠提高資源和能源的利用率，減輕污染負荷，改善環境質量。綠色凈水工藝應其有下列特點:
①綠色凈水工藝所使用的原材料，如凈水藥劑或膜本身是無毒無害的，制造原料也是無毒無害的，并且在制造過程中本身不產生有毒有害污染物；
②綠色凈水工藝在使用過程中要降低能耗、物耗，提高資源和能源的利用率；
③綠色凈水下藝在使用后，不產生有毒有害的副產物，不會對飲用者的健康造成影響；
④綠色凈水工藝的產物，如沉淀池污泥等，易于處置，不會增加外環境的污染負荷。
膜是21世紀新材料中的一個增長點，過去由于其價格高，故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，價格逐漸降低，已達到可以與第一代工藝和第二代工藝競爭的價位，因而國外將膜用于城市飲用水處理的水廠愈來愈多。
納濾、超濾和微濾都可用于城市飲用水處理。納濾能去除有機物和部分無機物，但能耗較高。微濾能去除“兩蟲”、藻類和水生生物，但不能完全去除細菌和病毒。超濾能將細菌、病毒、“兩蟲”、藻類、水生生物幾乎全部去除，是目前保障水的微生物安全性的最有效技術。在美、口等國，也優先選擇超濾膜用于二城市水廠。
目前，世界卜采用膜濾的城市水廠正呈加速發展態勢。在北關，采用超濾和微濾的城市水廠已發展到250余座，總處理水量從數萬發展到110x104m/d。在日本，膜濾水廠產水能力已達400x104m/d。在新加坡，已建成產水量為27.5x104m/d的大Vu超濾水廠。全世界超濾水廠的總產水能力1997年為20x104m/d，2006年已發展到800x104m/d。
我國將膜濾用于城市水I一的起步較晚，且規模較小，迄今尚無1x104m/d以上規模的城市膜濾水廠。目前尚不能批量生產和供應納濾膜，所以難以規?；赜糜诔鞘兴畯S。但我國現已能大量生產和供應質優價廉的超濾膜和微濾膜，所以建設大型城市超濾水廠已成為可能。今后有待實現一次性突破，即建設一座(5一10)x104m/d規模的超濾水廠，積累設計、安裝、運行、管理等方面的經驗，以便推廣。
超濾是綠色物理分離技術。超濾工藝可以取代以除濁和殺菌為目的的第一代工藝，因為即使不混凝，超濾也能將水中的濁度降至0.1NTU以下，所以超濾可少用或甚至不用混凝劑，從而減少混凝藥劑對水質的污染。
超濾能去除兒乎全部致病微生物，超濾出水水質一般可達到水質標準對微生物指標的要求，所以原則上沒有必要再對濾后水進行殺菌消毒。當然，還需向水中投加少量消毒劑，以保持一定的持續消毒能力以免水在輸配過程中受到二次污染。由于減少了消毒劑的用量，也顯著減少了消毒副產物的生成量，從而提高了水的化學安全性。
用超濾技術提高第一代工藝現有水廠的出水水質和微生物安全性，也是國內外普遍關注的熱點課題。為了去除“兩蟲”及減少消毒副產物的生成量，口本有些水廠在第一代工藝之后再增加超濾工藝，美國一些水廠將第一代工藝中的砂濾池改造成超濾裝置，后者在不增加處理構筑物的情況下，不但能使水廠出水水質提高并且還能使水廠出水量顯著增加，是一個值得借鑒的經驗。
此外，超濾技術還具有許多優勢，例如膜裝置的模塊化和標準化有利于縮短水廠建設周期，實現水量需求與產能建設同步；節約土地資源，并使水廠建設向工廠化方向發展，從而實現水廠建設方式的重大革新等等。
超濾能十分有效地去除水中的顆粒物質，特別是致病微生物，但對于水中小分子量有機污染物和溶解性有毒有害無機物(如氨氮、二價鐵、二價錳、砷、重金屬等)則難以去除，對于高濁度水也難以適應，這時就需耍與相關水處理技術形成組合工藝，進行膜前和膜后處理，以達到相應的處理要求。
可以認為，城市水廠的膜時代已經到來，超濾將成為第三代城市飲用水凈化工藝的核心技術，它將是城市飲用水凈化工藝的一個新的發展方向。
