所谓生物流化床，就是以砂、活性炭、焦炭等颗粒为载体充填于生物反应器内，因载体表面生长着生物膜而使其变轻，当废水以一定流速从下向上流动时，载体便处于流化状态，它是一种强化生物处理、提高微生物降解有机物能力的高效工艺。内循环三相生物流化床本身具有好氧生物流化床的一系列优势：(1)巨大的比表面积和高浓度的生物固体量；(2)很高的容积负荷率α值和污泥负荷率β值；(3)较强的耐冲击负荷能力；(4)生物膜上的生化反应速度快，并且生物膜更新换代时间短。除此之外，相对于外循环三相生物流化床以及传统生物流化床，内循环三相生物流化床有以下显著特点：(1)床内气相含率ε<,g>较高，氧的转移效率也较高；(2)载体的流化性能好；(3)整个反应器内载体受到的剪切力与摩擦力比较均匀，不会出现传统三相生物流化床内因生物膜增厚、载体变轻而在床内分层的现象。同时由于床内水力摩擦、剪切较为剧烈，可有效控制生物膜厚度，使床内生物膜保持较高的活性；(4)结构紧凑，符合一体化发展方向。 目前对三相流化床的研究还存在一些问题需解决，如实际生产运行的经验较少，对于床体内的流动特征尚无合适的模型描述，在进行放大设计时有一定的难度；研究剩余污泥(主要是脱落的生物膜)的合理去除方式，现有的分离方式都可用，但流化床占地很小，传统的分离方式都比较庞大，很不匹配；在栽体的种类，粒径，级配，栽体颗粒的形状，质量，载体的强度，载体上生物膜的厚度方面，国内外的一些实验结果不尽相同，还有待进一步的研究。 本研究针对上述现存的某些问题，设计了新型的内循环三相生物流化床，并考察了该新型流化床系统的流体力学特性和启动运行中的若干问题。本文所作的研究及成果主要有以下几点： 1、新型内循环三相生物流化床反应器的优化设计：在目前典型的内循环三相流化床结构的基础上添加沉淀强化斜板装置，以期去除剩余污泥改善出水水质，实现流化床反应与沉淀的一体化，节省反应系统的占地面积。 2、从无机和有机载体中各选择了一种优势载体进行实验研究，其中无机载体为陶粒，有机载体为聚乙烯醇(PvA)固定化小球。通过对两者进行流体力学性能研究和废水处理实验，发现和归纳了各自相应的特点。 3、三相流化床中固含率大时载体浓度高，有利于提高微生物的浓度，但固含率越高，载体密度越大，使其均匀流化所需的气量越大，能耗也增大。以陶粒为载体，同含率为4.5％时，最小流化气量为0.5 m<3>/h，当流量继续升高，床内气泡增大，紊动逐渐严重，载体开始发生流失，且水力剪切作用过大，不易挂膜。因此实际运行中拟采用同含率4.5％，气量0.5 m<3>/h的操作参数。而以PVA包埋活性污泥的同定化小球为填料时，由于PVA小球的密度较小，只略大于水，流化比较容易，采用较高载体浓度时所需的气量仍较小。根据研究的实验结果，固含率为10％时，采用0.3m<3>/h的气流量，即可达到床层的稳定流化。 4、气含率ε<,g>随着气体流量Q<,g>的增加而增加，随固含率ε<,g>的增加稍有下降，但影响不太大。而填充PVA小球引起的气含率的降低比填充陶粒时要小。由于增加固含率对提高生物相浓度有决定性作用，因此在合适的固含率范围内，如果气含率的降低程度不大，处于可接受的程度，则在综合考虑时优先考虑提高生物相的浓度。 5、循环时间、混合时间表征了反应器中的物料混合特性。提升气量可迅速改善反应器物料的混合特性。载体的加入也有利于液相传质，加速了液相中的物料的混合，特别是小粒径的载体有利于物料在反应器中的迅速混合，达到均匀。 6、气液传质特性同样随气量提升而得到改善，随固含率的增加而有所降低。而根据充氧实验结果可知，在不同的固含率和气体流量条件下经过数分钟的曝气，流化床内的溶解氧均能很快地从0升高到8mg/t，左右，接近实验温度下饱和溶解氧的浓度，该浓度的溶解氧量已基本能满足生物处理过程的氧需要。因此，从溶氧需要方面来考虑，并不需要通过大量增加气体流量来提高溶解氧量，在保证可以流态化的前提下可以尽量降低气体流量，以减少能耗。 7、从R1和R2两个反应器的启动情况来看，使用无机载体需经过挂膜培养启动，其启动过程易受现场操作条件的影响和限制，且成功挂膜需一定时间。增加了操作的复杂性和结果的不可预见性。使用包埋有微生物细胞的固定化小球为载体，其启动较容易，不易受现场复杂操作条件的干扰，可迅速启动成功，实现对废水中有机质的降解。 8、本研究所使用的内循环三相生物流化床对有机废水处理效果较好，对COD浓度为500～1200mg/L的有机废水其COD去除率基本维持在80％～94％，且耐冲击负荷强，受到负荷冲击后能迅速适应新的负荷，取得满意的效果。 9、反应系统受进水COD浓度、水力停留时间(HRT)等操作参数的影响：HRT不变时，进水COD浓度的增大有利于COD去除率的提高；而当进水COD值维持不变，水力停留时间减小，即容积负荷增大时，使COD去除率下降，出水COD值升高。 10、本研究所设计的反应器的结构特色——添加了沉淀强化斜板，斜板对出水悬浮物的去除有十分显著的作用，完全可以实现反应和沉淀的一体化，解决了长期以来三相流化床应用中一直存在的需另设沉淀池的问题。