溶解性有机物分子特性对纳滤膜污染预测的耦合机制研究：基于GRU模型的深度解析

这篇研究创新性地结合高压排阻色谱(HPSEC)和三维荧光光谱(3D-EEM)，揭示了小分子蛋白类DOM(1-3?kDa)和中大分子腐殖质(3-10?kDa)对纳滤(NF)膜污染的显著影响（贡献度90.17%）。通过门控循环单元(GRU)模型，首次将有机物组分特性与传统水质指标耦合，使常规-NF和O3-BAC-NF工艺的膜污染预测R2分别达到0.96和0.89，为膜工艺优化提供了精准理论工具。

　　

Highlight

本研究首次通过高压排阻色谱(HPSEC)和三维荧光光谱(3D-EEM)解析原水中溶解性有机物(DOM)的分子特性，发现1-3?kDa小分子蛋白和3-10?kDa腐殖质是膜污染主因（贡献率90.17%）。基于门控循环单元(GRU)的预测模型显示，常规-NF和臭氧-生物活性炭(O₃-BAC)-NF工艺的膜污染预测精度分别达R²=0.96和0.89，显著优于传统水质指标模型。

Results and discussion

水源DOM特性分析表明，季节变化显著影响有机物组分。HPSEC检测到1-3?kDa蛋白类物质易引发膜孔堵塞，而3-10?kDa腐殖质通过与Ca²⁺/Mg²⁺络合加速致密滤饼层形成。三维荧光进一步验证了类酪氨酸（小分子）和类腐殖酸（大分子）组分的协同污染机制。

Conclusion

GRU模型成功捕捉DOM分子特性与膜污染的动态耦合效应：小分子蛋白主导初期膜孔吸附，而腐殖质-多价离子复合物推动污染从可逆相向不可逆相转变。该模型为NF工艺的精准调控提供了创新方法论。