内循环生物流化床反应器是将化工技术、生物技术及水处理技术有机结合应用于有机废水生化降解的一种新型高效生物反应器,由于其可实现气、液、固三相充分接触而在微生物浓度、传质条件、生化反应速率等方面具有独特的优势,在生活污水、石化废水和印染废水处理等领域有着广阔的应用前景。生物载体作为微生物生长与繁殖的场所,是生物流化床技术的关键,其性能好坏直接影响着流化床工艺的处理效率和能耗。但目前生物流化床中常用的无机载体在生物相容性、流化难易程度、挂膜启动速度、微生物生长量及再生利用等方面存在着不同程度的缺陷,而已开发的有机高分子载体则存在比表面积小、密度低、难以流化和易于流失且性能单一等不足,从而制约了生物流化床水处理技术的发展。 基于以上事实,并结合多孔聚合物微球表面易于功能化、粒径可控、比表面积大、组成可调节等优点及磁效应在强化废水生物处理中所发挥的作用,本文旨在开发制备一种具有生物亲和性、亲水性的新型磁性多孔聚合物微球复合载体,并将其用于人工模拟废水的处理,为磁场效应在生物流化床废水处理中的应用提供理论依据。 采用两层表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和油酸(OA)对微米级磁性SrFe_(12)O_(19)进行表面处理,通过吸油率测定、FTIR、SEM、XRD、磁性能测定等测试手段对改性前后的磁粉进行性能测定,来研究磁粉改性后其表面性能的变化及两层表面活性剂改性磁粉的作用机理,结果表明SDBS和OA分别通过空间位阻作用和化学键稳定作用来提高磁粉的亲油性和单体相容性。 采用超声分散和单体相预聚等方法共同改进悬浮聚合法来制备球形的、具有孔状网络结构的亲水性磁性有机-无机复合载体(MPMS)。实验就MPMS的成球性能、载体的密度、孔隙率、吸水率及磁性等对配方进行优化,得到制备MPMS载体的最优配方为：苯乙烯(St)/二乙烯苯(DVB)/甲基丙烯酸(MAA)用量/甲基丙烯酸丁酯(BMA)=55/20/20/5(体积比),致孔剂甲苯/环己醇=1/2(体积比),磁粉加入量为28wt％(占反应单体),该配方下所制备的MPMS粒径适中(0.3～0.9mm),载体密度为1.260 g·cm(-3),易于流化,且此时载体中磁粉包覆量为22.45％,孔隙率达到40.69％,吸水率最大为128.7％。并同时通过FTIR、SEM、BET、TG-DSC等对MPMS载体进行分析表征,考察了MPMS载体表面结构及性质,检测了新型磁性载体的物理化学性能。 研究了MPMS和非磁性多孔微球载体PMS在清水中的氧传递性能和效率。分析考察了不同生物载体(MPMS和PMS载体)在相同条件下的氧传质性能,并同时研究了气体流量、固含率等因素对MPMS氧传质系数和氧吸收率的影响。发现磁性载体产生的磁效应能提高流化床中氧的溶解度,其氧传递系数能比PMS载体提高8.68％左右,而且随着气体流量的增加,氧传质系数增加而氧吸收率降低；且在一定固含率范围内(5％～15％),随着固含率的增加,氧传质系数和氧吸收率不断增大,此时继续增加固含率,会导致氧吸收率的降低。 对三种不同载体(MPMS、PMS和颗粒活性炭GAC)载体进行了亲水性和生物亲和性能研究,同时将这三种载体用于生物流化床中,进行生物挂膜试验对比研究,考察挂膜过程中,不同载体的废水处理效果、微生物挂膜量和微生物活性随时间的变化,以及温度、气体流量、磁场强度等因素对磁性多孔载体挂膜性能的影响,进而探讨载体的表面结构和性能对生物挂膜的影响规律及磁场效应对废水处理作用的效果。另外通过对载体表面微生物生长机理的分析,并结合实验过程中测定的不同时间载体表面微生物量结果,建立了磁性多孔载体挂膜初期微生物生长的生物膜量积累模型,为新型磁性多孔微球载体在废水处理中的应用奠定理论基础。 分别采用磁力挂膜方法和快速排泥法对磁性多孔载体进行挂膜来处理有机模拟废水,先通过考察不同磁粉投加方式和投加量对微生物生长的影响来确定磁力挂膜最适宜的磁粉投加量,后在有机废水处理研究中分别比较了不同挂膜方法对废水处理效果的影响、考察了不同水力停留时间、有机容积负荷、气流量、载体投加量等因素对新型磁性载体MPMS流化床反应器废水处理效率及生物挂膜的影响,从而探讨磁力挂膜强化废水处理效果的作用机理；并根据Monod方程和微生物增长与底物降解的基本关系式导出了生物流化床废水处理基质降解动力学方程,并由动力学试验回归得到动力学方程常数,为反应器的优化控制与设计放大积累了基础数据。 本文为生物流化床载体的开发研究提供了新思路,制得的亲水性磁性多孔聚合物微球载体(MPMS)具有质轻、多孔、吸附性强、亲水性和亲生物性等理化特性,孔径大小适合微生物附着生长、繁殖,微球载体产生的磁效应对微生物生长具有促进作用,将其应用于内循环生物流化床反应器有机废水处理具有容积负荷高、生物量生物活性高、抗冲击性能强、污染物降解效果好等特点,是一种理想的新型生物流化床载体。