随着我国城镇化进程的加快，废水排放量大幅增加，水体污染已成为环境污染中亟待解决的严重问题。因此，我国目前迫切需要投资省、运行费用低、效率高的污水处理技术来解决日益恶化的水体环境质量问题。生物流化床技术将传统活性污泥法与生物膜法有机结合并引入化工流态化技术，具有处理效率高、高负荷、占地面积小等特点。然而，目前生物流化床载体多为轻质颗粒，虽在较低的流化动力作用下即可使实现载体流化，但易聚集在床层顶部，致使载体与废水相间的相对流动速度差小，固液相间的传质效率差，并易造成载体生物膜细胞传质浓度边界层趋向稳定而制约传质效率。同时作用于生物膜的水力剪切力较弱，载体生物膜新旧菌体更新速率慢，影响了生物膜活性。此外，轻质载体沉降性能差，造成流化床内载体分布严重不均匀，生物降解主要发生在升流区，大大降低了生物流化床的体积有效利用率。　　针对上述生物流化床的核心重要问题，本论文首先进行了适宜流化的多孔载体筛选及制备探索。依据流化载体基本的物理特性，对载体形貌及微观结构、表观密度、筛分级配等进行了研究，最终得到了密度适宜、高比表面积、生物亲和性良好、易于沉降分离的新型流化颗粒载体，并将其应用于厌氧流化床及A/O流化床废水处理工艺。随后又研究分析了基于新型多孔载体的高效生物流化床对高浓度精对苯二甲酸(PTA)废水和生活污水处理运行规律、载体生物膜特性等。最后在此基础上对生物流化床进行了动力学分析，推导出了底物降解动力学模型和微生物生长动力学方程;同时借助计算流体力学(CFD)数值模拟方法对生物流化床进行了数值模拟研究，分析了生物流化床的流体力学特性。在上述基础上，又进行了生物流化床的放大研究。通过本论文的研究，主要得到以下结论:　　(1)筛选出了天然青砖颗粒作为流化载体。同时以钙基膨润土、粉煤灰、活性炭等为原料，添加适量的造孔剂，高温烧制出无机多孔载体GM-1和多孔磁性载体GM-2。物理性质测试分析结果表明，三种载体表面粗糙，孔隙率高，比表面积大，内部孔洞丰富，利于微生物的附着挂膜，适宜作为生物流化床的流化载体。　　(2)以青砖载体、多孔载体GM-1和磁性载体GM-2为填料，考察了生物流化床厌氧处理高浓度PTA废水的效果。厌氧生物流化床R1（填充青砖载体）、R2（填充载体GM-1）、R3（填充载体GM-2）分别仅用34天、18天和14天完成了系统的挂膜启动。与传统厌氧生物法相比，厌氧生物流化床挂膜启动时间大幅缩短。稳态运行期间，R1的化学需氧量(COD)去除率始终保持在65％至75％之间，苯二甲酸(TA)去除率保持在60％至70％; R2的COD去除率始终保持在73％至82％之间，TA去除率保持在66％至75％之间;R3的COD去除率保持在77％至89％之间，TA去除率保持在70％至83％之间。　　(3)以多孔磁性载体GM-2为填料，研究了A/O生物流化床组合工艺处理高浓度PTA废水的效果。系统稳定运行40天内，厌氧段系统有机负荷由6.68kg COD/m3 d逐步提升至23.87kg COD/m3 d，COD去除率保持在77％～89％之间，TA去除率保持在70％～83％之间。好氧段系统有机负荷稳定在1.75kgCOD/m3 d左右，COD去除率保持在88％～95％之间，TA去除率保持在80％～87％之间。　　(4)以无机多孔载体GM-1为填料，进行了A/O生物流化床组合工艺处理生活污水的研究。系统稳态运行120天期间，系统有机负荷由2.6 kgCOD/(m3·d)升至4.2 kg COD/(m3·d)，出水COD及氨氮(NH4+-N)浓度分别保持在40 mg/L和8.2 mg/L以下。当系统碳氮比(C/N)从6∶1降低到3∶1，NH4+-N去除率始终稳定在99.3％左右，COD的去除率由87％升高到94％，总氮(TN)的去除率由82％降低到78％。　　(5)对生物流化床进行了生物降解动力学研究。在Monod方程基础上，建立了生物流化床底物降解动力学模型:1/r=τX/S0-Se=Ks/vmax·1/Se+1/vmax，并求得动力学参数vmax=2.19d-1，Ks=259.43 mg COD/L。在Prit维持理论基础上，建立了生物流化床微生物生长动力学方程:rs/X=4.201/τP+0.015。　　(6)对生物流化床进行了流体力学研究，利用Fluent软件对生物流化床流场特性进行了数值模拟研究。在此基础上，进行了生物流化床工艺处理废水的放大研究。分别构建了日处理PTA废水2吨和日处理生活污水4吨的生物流化床，处理结果表明:放大的反应器具有良好的废水处理能力。与传统生物处理工艺相比，高效生物流化床工艺有机负荷提升了6倍以上，HRT缩短了60％，系统剩余污泥产量减少了50％，处理成本降低了30％。