目前，河流水环境污染日趋严重，河流水污染治理新技术和新装备的研究开发已成为环境工程的前沿和热点之一。本论文运用材料加工工程和环境工程学科交叉方法，从研究多种平面生物功能结构载体挂膜试验，分析其生物特性对处理效果的影响入手，设计开发了高效的叶轮式生物反应器，为污水处理提供新型水环境治理材料和高效河流水污染治理装备，具有十分重要的理论和实际意义。经过大量试验和分析，得到如下主要研究成果： (1)进行了多种平面功能结构生物载体挂膜试验研究，分析了生物载体材质-结构方面的生物特性对处理效果的影响。研究发现，结构多联通、孔隙率大、比表面积大的平面生物功能结构载体一般处理效果都较好，但处理效果因材质结构不同而存在一定差异，其中纤维材质吸附能力较强，最初处理效果较好。另外载体材质必须能够适合微生物的生长，无毒，有较强亲水性，结构以提供微生物容身的比表面积越大处理效果越好。 (2)根据河流水污染治理的特点，结合生物转盘的理念，设计了高效河流污水处理环境-叶轮式生物反应器，分析了其工作原理及特点优势。进行了启动挂膜、参数优化、稳定运行等试验，在参数条件：叶片转速为2.5 rpm、曝气量为2.5 m<3>/h、污水流速为2 m<3>/h，HRT为64min时，悬浮生物载体为缠绕型生物载体时，基质COD<,Cr>的平均去除率达到76.7％，NH<,3>-N的平均去除率达到70.6％，在基质去除率和容积去除负荷方面，均优于曝气生物滤池、移动床等生物反应器。 (3)对叶片式生物反应器的污水处理机理进行了深入研究，根据莫诺特方程导出叶片式生物反应器的降解不同基质的动力学方程，并由动力学试验回归得到动力学方程中的反应速度常数；根据反应器物料平衡原理，推导出叶片式生物反应器的初步设计计算模型，根据试验回归出模型常数，并且讨论了设计计算模型的影响因素，为叶片式生物反应器的放大设计和实际应用提供理论依据。 (4)在叶轮式生物反应器的基础上，设计了折流式反应装置，虽然处理效果跟叶轮式生物反应器比较相差较大，但是综合考虑其运行管理成本，也有一定应用意义。