主要研究方向为给排水处理技术，包括地下水除铁除锰技术、高浊度水处理技术，高锰酸盐饮用水除污染技术、流动电流混凝控制技术等
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除铁除锰研究：1960年李圭白开始研究地下水除铁、除锰方法研究，成功开发接触催化除铁工艺，提出了新理论，于1978年获全国科学大会奖；成功开发地下水曝气接触氧化法除锰工艺，于1985年获国家级科技进步二等奖。高浊度水处理：李圭白在高浊度水处理工艺方面做了大量工作，他研究成功的高浊度水透光脉动单因子絮凝自动控制技术在国际上处于领先地位，于1996年获国家发明三等奖；参与水上一体化水厂的研究工作，使水厂建造工厂化，取得很大经济效益，成果于1984年获国家发明二等奖。水过滤技术：研究成功的高锰酸盐饮用水除污染技术、流动电流混凝控制技术等，都是具有国际领先水平的成果，高锰酸钾助凝技术，于1995年获国家级科技进步三等奖；提出第三代城市饮用水净化工艺的概念，倡导将超滤膜用于城市水厂等，不仅获得重大经济效益和社会效益，也推动了中国给水处理技术的发展。
