面向国家生态文明建设对城乡水环境治理提出新需求，任南琪院士提出了基于水环境治理全生命周期理念、以城市水环境评估与管理顶层设计的数字化发展为基础、“海绵城市”建设为核心、城市水环境修复及水生态重构的创新技术为配套的城市水循环4.0体系，贯通社会水循环与自然水循环，实现饮用水水源、污水、生态用水、雨水、地表水和地下水等统筹管理、保护与利用，为我国水环境治理的规划、工程设计建设和城市运行管理提供技术保障和理论支持。

　　膜法水处理技术是解决水资源短缺和饮用水安全问题的关键技术。国务院颁布的《水污染防治行动计划》和“十三五”规划的建议中明确要求保障饮用水安全，加强再生水利用，控制水资源消耗，这些战略布局使膜法水处理的应用价值更加突出。围绕膜技术在水处理应用中的体系科学化问题，团队系统性构建了“膜材料研发-膜滤机理阐释-膜技术工程应用”为主线的研究、应用体系。

　　提出了一系列针对不同种类、形态、浓度重金属污染的新生态纳米级铁氧化物原位产生方法，被国际水协列入饮用水除重金属“最佳实用技术指南”，应用于现有水厂升级改造（如水中铊、镉、钼、铅、砷等重大污染应急工程中（几十座水厂应用），为重金属污染应急提供技术支撑，广泛应用于现有给水厂污染应急与升级改造。