纳滤（Nanofiltration,NF）和反渗透（Reverse osmosis,RO）广泛应用于给水处理、中水回用及污水处理等领域,然而膜污染是限制其推广和应用的瓶颈。膜污染以胶体污染最为典型,天然水中的腐殖酸、多糖、蛋白质、胶体硅、胶体铁是重要的胶体污染物。尽管水质特性比如胶体尺寸、电荷、亲疏水性及不同污染物共存对膜污染具有重要影响,但研究结果目前仍存在争议,且在微观层面缺乏深入研究。本课题采用一种联合的“碰撞粘附-XDLVO理论”的膜污染模型,从胶体-膜界面作用、水动力学作用及胶体扩散作用来系统深入地探讨胶体特性及不同污染物共存对膜污染的影响规律,以期从水质特性的角度为膜污染问题的控制提供理论依据。主要研究工作及结论如下:基于碰撞粘附（Collision-attachment）理论模型,膜污染被看做是胶体向膜表面传输碰撞、继而粘附到膜表面两个过程;膜污染速率由碰撞频率和粘附系数（胶体成功粘附的可能性）来决定;而粘附系数由玻尔兹曼分布来决定,其值强烈依赖于胶体-膜界面能垒、水动力学拖曳作用及扩散作用;采用XDLVO（Extended-Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek）理论进一步将胶体尺寸、胶体Zeta电位、胶体接触角与胶体-膜界面作用进行关联。在不同pH值条件下对蛋白质污染NF膜进行试验验证可知,模拟水通量能够很好地与试验结果相符,证明模型的准确性和可用性。利用模型定量研究Zeta电位和接触角对膜污染行为的作用,结果显示:污染物Zeta电位ζ和接触角θ对能垒ΔEb对膜污染速率dmf/dt具有重要影响。在ζ~2（≤20~2 mV~2）值较低时,由于污染物-膜之间的低ΔEb,从而发生严重的膜污染,而增加ζ~2值可以通过增大能垒使得污染物在膜表面的沉积速率大幅降低。在高ζ~2（≥35~2 mV~2）时,粘附系数和污染速率的对数形式与ζ~2存在负的线性关系性。对于接触角的影响,发现存在一个临界（水θw、甘油θg或二碘甲烷θd）,当接触角高于（或低于）该临界时,会由于ΔEb的大幅度增加而减少污染物在膜表面的沉积,从而使得dmf/dt下降了几个数量级。此外,接触角的临界值θ（θw、θg、θd）会出现在AB相互作用由吸引变为排斥的阶段。研究结果表明了通过优化接触角及Zeta电位来提高临界通量的重要性。利用模型从污染物-膜界面作用、水动力拖曳作用、颗粒反向扩散、滤饼层阻力四种机制研究胶体尺寸对膜污染的影响,结果表明:增加胶体尺寸会增加水动力学拖曳作用和减低布朗扩散,进而促进膜污染;与此同时,增大胶体尺寸会降低滤饼阻力和增强污染物-膜界面排斥能垒,进而缓解膜污染。因此,颗粒尺寸对膜污染的作用是这些影响竞争的结果。进一步研究表明,当污染物-膜界面作用占主导地位时,增大颗粒会增加通量的稳定性,这是由于增大的能垒抵抗颗粒沉积。然而,当污染物-膜的排斥性较弱时,增大颗粒尺寸对通量行为的影响出现逆转（即降低尺寸缓解污染）。研究结果能够有效调解现有试验现象关于颗粒尺寸对膜污染影响争议。此外,原水预处理对胶体尺寸的调控方向应根据主导作用机理来确定。利用模型探讨不同尺寸胶体共混的污染行为发现,共混时通量介于两种单一类型尺寸胶体的通量之间;研究带有不同电荷胶体共存的通量行为（同时考虑胶体间相互作用导致碰撞聚合）,结果表明:当静电作用起主导时,相反电性胶体共存会降低界面能垒,进而加重膜污染;在较高离子强度（即较大的逆德拜常数）情况下,相反电性的胶体共存对膜污染的影响较小,这归因于较弱的静电作用;此外,在较低初始通量和较高离子强度情况下,相反电荷胶体共混能缓解污染,这是由于胶体聚合导致尺寸增大,带来界面排斥作用的增加,使胶体颗粒不易沉积;而在较高的初始通量情况下,无论单一类型或者相反电性胶体共存均引起严重的膜污染,这是由于水动力学拖曳作用占主导,会使污染物在过滤一开始就严重脱稳,引起快速的通量降低。因此,不同电荷胶体共存对膜污染的影响需要辩证的看待。