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我国环境污染问题日益突出，废水污染已成为环境污染中亟待解决的严重问题。然而，现有废水处理技术存在能耗大，投资和运行费用高，占地面积大等问题。因此急需开发低耗，高效，占地面积少的新型废水处理技术。生物流化床在传统生物固定化技术的基础上引入流态化技术，通过生物膜载体在反应体系内的流化，提高了宏观混合水平，增大了气-液-固三相的相间相对流动速度差，加快相间传质及微生物的新老更新，从而大大提高了废水生物处理效率。已成为国内外研究高效生化废水处理技术的热点。 本论文将进行生物流化床处理生活污水，高氨氮废水的实验研究，并获得生物流化床处理污水的优化工艺及其参数。借助计算流体力学(CFD)手段对流化床内流场进行数值模拟，归纳总结能有效描述反应器内部复杂流动的设计和放大规律。在此基础上，设计研制出500L规模的生物流化床反应器，并以生活污水为处理对象进行验证性研究。通过实验研究及理论分析，得到如下结论: 1.A/O（缺氧/好氧）生物流化床处理生活污水研究。反应器经过10天的挂膜启动后，运行稳定，出水化学需氧量(COD)及氨氮浓度分别为36mg/L和0.28mg/L。在水力停留时间(HRT)为2.8h～1.7h的范围内，反应器负荷由2.6kgCOD/(m3·d)升至4.2kgCOD/(m3·d)，出水COD浓度为38mg/L，氨氮浓度升高到达到8.2mg/L。C/N从6∶1降低到3∶1，系统NH4+-N去除率稳定在99.3％。 COD的去除率由87％升高到94％，TN的去除率由82％降低到78％。系统污泥产量系数为0.196gTSS/g COD。生物流化床对生活污水表现出良好的处理效果。 2.生物流化床短程硝化反硝化处理高浓度氨氮废水的研究。短程硝化阶段，42天驯化培养后，进水氨氮浓度提高到300mg/L，反应器顺利启动。在HRT为8h的条件下，出水氨氮浓度为20～30mg/L，亚硝氮积累率达到75％。短程硝化反硝化阶段，进水氨氮浓度提高到600 mg/L，保持HRT8h的条件下，氨氮去除率达到了94％，亚硝氮的积累率达到了87％。实现了稳定的短程硝化反硝化。同时，短程硝化反硝化中，减少了曝气量和有机物的消耗，大幅提高了工艺的经济性，从而呈现出很好的应用前景。 3.生物流化床动力学研究。利用Fluent6.3软件，选择两相欧拉模型及标准k-ε湍流模型对生物流化床反应器内流场进行了CFD数值模拟及实际试验验证，获得了反应器最优工艺参数及其流体力学放大模型。数值模拟试验中，当入口速度为0.8m/s时，颗粒在反应器内达到均匀分布状态，实现全床层流化。根据试验结果，对反应器结构设计进行了调整，包括多导流筒设计，反应器底部载体收集装置改进，新型导流挡板设计，导流筒顶部分流装置设置等。最终成功地根据流体力学放大模型指导设计出500L规模的生物流化床反应器。冷模实验结果表明，载体颗粒实现了在升流区和降流区的均匀流化，进一步验证了所选流体模型对流化床反应器内流场模拟的可行性。选用生活污水对该反应器进行污水处理能力验证性研究。在HRT2.6h条件下，出水水质稳定达到国家一级A排放标准。系统产泥系数为0.198gTSS/g COD，远低于其他污水处理反应器，更加凸显出生物流化床污水处理反应器很好的应用前景。