天然有机质（Natural Organic Matter,NOM）是动植物残体的分解产物及其通过生物化学作用合成的复杂混合物,广泛存在于天然水体中,是水生生态环境的关键组成部分。NOM在水环境传输过程中会发生团聚、沉积、附着等胶体行为,显著影响其自身以及吸附污染物的环境归趋。同时,NOM也是饮用水和污水膜处理工艺中膜污染的关键物质。NOM的胶体行为显著影响其膜污染的程度。因此,探讨NOM的胶体行为机制和构建膜污染预测方法对研究环境中NOM的迁移转化、评估污染物的环境归趋和风险以及推进膜污染的控制策略具有十分重要的意义。研究表明结构参数和水化学条件对于天然水体中NOM的胶体行为具有重要影响。为了评估NOM及其吸附污染物在天然水体中的存在形态和迁移传输能力,有必要深入探究构效关系和离子效应对天然水体中NOM胶体行为的影响,进而揭示其微观机制和主控因素。此外,NOM膜污染行为的预测对于天然水体环境应用过程具有现实意义。为了完善NOM的膜污染控制策略,需要深入研究NOM的膜污染行为机制和建立有效可靠的膜污染预测方法。本论文选取溶解态黑碳（DBC）、天然有机质标准品和天然水体样本为研究对象。DBC作为NOM库中的一类重要组分,具有高芳香性和含氧基团丰富的特点,在环境地球化学研究中具有重要意义。天然有机质标准品由于在NOM相关研究中广泛使用,能提供可对比和重复的实验结果,可以帮助将本研究结果整合入现有研究体系。天然水体样本则可以验证本研究成果的可行性和现实意义。针对NOM在水环境中胶体行为过程机制尚不明确和缺乏有效膜污染预测手段的研究现状,本论文在环境相关条件下对NOM在水环境中的胶体行为构效关系、离子效应以及膜污染预测方法开展了系统研究。一方面,根据NOM胶体行为的构效关系和作用力分析,阐明了NOM胶体行为的作用机制和主控因素,解析了NOM胶体行为的离子效应及其影响机制。另一方面,基于NOM疏水性对其膜污染行为的重要作用,建立了NOM膜污染行为预测的简易方法,阐明了不同水化学条件和氧化预处理对预测效果适用性的影响。主要取得了以下几个方面的研究成果:（1）研究了DBC在水环境中团聚行为的主控作用力及其在河口地区的分馏行为。发现了DBC在水体环境丰度较高的Na⁺和Mg²⁺中不发生团聚行为;在河口和海洋地区丰度较高的Ca²⁺和Ba²⁺中发生显著的团聚行为,其临界团聚浓度（CCC）值分别为75 m M和60 m M。阐明了水合作用力是控制DBC团聚行为的主控作用力,DBC疏水性是影响其环境胶体行为的主要性质。指出了太阳光照过程会使DBC的含氧基团增多,亲水性增加,从而使得其CCC值增大,胶体稳定性增加。天然有机质标准品（SRHA）在河口盐度梯度上的传输是保守的（即不发生增减）,而DBC因发生团聚沉降使得其在河口盐度梯度上的传输非保守。研究结果指出DBC在河流和河口系统中由于团聚行为可能导致DBC从溶解态有机质库中分馏出来,富集在底泥中,从而削弱其陆海传输通量。（2）研究了天然有机质标准品（SRNOM）在阳离子序列下的团聚动力学和热力学,探究了其胶体行为的离子效应机制。发现了NOM在水环境中的团聚行为具有较强的离子效应:Ba²⁺>Ca²⁺>Sr²⁺>>Mg²⁺>>Cs⁺>Rb⁺>K⁺>Na⁺>Li⁺。在测试的阳离子序列中,NOM在单价离子（Cs⁺、Rb⁺、K⁺、Na⁺、Li⁺）和二价离子Mg²⁺中发生结构压缩但未发生团聚行为,在二价离子(Ba²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺)中发生显著的团聚行为。采用扩展的DLVO理论计算了NOM颗粒相互作用能及各作用力占比,进一步确定了水合作用力是决定NOM胶体稳定性的主控作用力。发现了阳离子-NOM相互作用的热力学性质(水化熵与相互作用焓比值ΔS_hydration/ΔH_interaction)与其胶体行为（临界团聚浓度CCC值）之间存在良好相关性。研究结果指出阳离子诱导NOM团聚的能力取决于阳离子与NOM的相互作用强弱以及离子调节NOM表面相互作用自由能的能力。（3）研究了天然水体NOM样本在超滤处理过程中的膜污染行为,采用结构性质表征参数建立了NOM膜污染预测新方法。基于上述胶体作用力分析的成果,验证了NOM疏水性的决定性作用。通过双水相体系参数K_ATPS对天然水体样本中NOM的疏水性进行了快速定量表征,使用膜污染指数FI量化了NOM的膜污染行为。发现了NOM的膜污染指数FI与其疏水性指标K_ATPS呈良好线性相关性,而与常用的膜污染预测光谱学指标SUVA₂₅₄和F_max相关性较差。将天然水体样本FI和K_ATPS数据划分为训练集和测试集两部分。基于NOM的疏水性指标K_ATPS,使用训练集数据建立了NOM的膜污染行为预测方法,在测试集数据中证实该方法的有效性。发现了不同p H条件下该预测方法对NOM的膜污染指数FI仍具有良好的预测能力。研究结果指出该预测方法可以有效地预测NOM的膜污染行为,有助于评估预处理的性能,并制定适当的膜污染缓解策略。（4）为了缓解NOM的膜污染现象,研究了两种氧化预处理方式（O₃和Cl O₂）对天然水体样本中NOM结构性质的影响,并验证了上述NOM膜污染预测方法对两种氧化预处理方式效果的适用性。发现了O₃和Cl O₂预处理均使得NOM发生氧化降解,亲水性增加,其中O₃预处理使得NOM亲水性增加的更显著。O₃预处理的NOM疏水性指标K_ATPS和膜污染指数FI之间呈良好线性相关性,表明疏水性仍是O₃预处理后NOM膜污染行为的主控机制。Cl O₂预处理的NOM疏水性指标K_ATPS和膜污染指数FI之间并无相关性关系,表明NOM膜污染行为控制机制发生变化。这主要与Cl O₂预处理后产物的分子尺寸与结构组成有关。因此,基于NOM疏水性指标K_ATPS建立的膜污染预测方法在O₃预处理后仍然具有适用性,在Cl O₂预处理后则无法用来预测NOM的膜污染行为。研究结果指出O₃预处理使得NOM疏水性降低,从而缓解了NOM膜污染。低浓度Cl O₂预处理缓解了NOM膜污染,而高浓度Cl O₂预处理则会使NOM产生与膜孔尺寸相近的分解产物,从而加重膜污染。