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本文首先对我国目前的环境污染现状和环境治理与可持续发展的关系进行了详尽的分析，指出了我国在可持续发展过程中所面临的愈来愈严重的环境问题，提出了实现可持续发展的环境政策研究的若干建议。并针对我国工业污水处理技术的现状，指出研究和开发新型、高效的工业污水处理技术的紧迫性。
本文重点是研究开发新型污水处理技术：环流反应器塔式曝气技术。环流反应器是一种高效的气-液或气-液-固反应器，因其具有传质速率快、气-液-固混合好、结构简单等优良性能，而被广泛的应用在许多工业过程中。
为将环流反应器应用于污水生物处理过程，本文对环流反应器污水曝气过程的流体力学特性和宏观动力学进行了研究，获得了环流反应器的气含率和环流液速等主要流体力学参数；研究证明，在导流筒壁上不同部位开孔，从而形成一种多级环流的流动状态，可以大大提高反应器环隙区的局部气含率，提高环流反应器的效率；同时，本文计算了环流反应器曝气过程的氧利用率、总传质系数和氧溶解度等与操作条件的关系，并对曝气过程的宏观动力学参数进行了分析。
在流体力学研究的基础上，选择有代表性的石化工业废水进行了环流反应器塔式曝气研究。在此基础上，建立了环流反应器的流体力学模型和环流反应器连续曝气过程模型，推导了环流反应器曝气过程中的主要技术参数的计算公式，模拟设计了环流反应器塔式曝气污水处理系统。
本文依据实验室研究结果和所建立的数学模型，对环流反应器塔式曝气的工程放大进行了模拟计算。在此基础上设计并建立了环流反应器污水处理工业试验装置，并成功地在岳阳石化总厂进行了处理量为100m3/日的工业试验。在工业试验过程中，对活性污泥的驯化规律、污水的水力学停留时间、通气量、温度、活性污泥负荷、COD冲击、体系内溶解氧浓度等因素进行了系统的研究。工业试验结果表明，环流反应器塔式曝气装置可以有效地处理组成复杂、污染物浓度高的各类工业污水，具有处理效率高、耐冲击能力强、占地面积小等优点，可广泛地应用于各类工业污水处理过程中。