目前,我国由工业废水所带来的水污染问题仍然十分严峻,而且水中的污染物已从一般污染物扩展到有毒有害污染物,从而增加了废水处理的难度。厌氧生物处理技术由于具有能耗低、适应面广、运行费用低和可回收能源等优点,在废水尤其是工业废水的处理领域得到了广泛应用。与其它高效厌氧反应器(如：上流式厌氧污泥床(UASB),颗粒污泥膨胀床(EGSB)和内循环反应器(IC)等)相比,厌氧生物流化床反应器具有生物量浓度高、净化能力强、不易阻塞、占地面积少和投资省等多种优点,因而受到了研究者的重视。然而,传统厌氧流化床存在着挂膜困难、高径比大、能耗较高及生物膜厚度难以控制等缺陷,严重阻碍了该技术的发展。针对传统厌氧流化床存在的问题,本论文根据射流的原理,提出了利用生物气主动循环,强化接触传质和厌氧反应效果的思路,并设计制作了不同规模的新型生物气射流循环厌氧流化床反应器,对新型反应器的运行特性及其在工业有机废水处理中的工程化应用进行了较为深入地探讨。研究的主要内容包括：反应器的启动与运行特性；生化反应动力学研究；处理焦化废水的特性研究以及在复杂化工有机废水和食品加工废水处理中的应用研究等。 在试验规模的新型生物气射流循环厌氧流化床处理葡萄糖废水的过程中,当其回流比为2.5:1,仅为传统厌氧流化床的1/5倍左右,即可实现床层内污泥和废水完全混合,并在较短的时间内成功启动了反应器,形成了明显的颗粒污泥。当反应器的容积负荷达到14.3 kg TOC.m-3.d-1,TOC的去除率可以达到80％以上,并可产生74.9 L.d-1的生物气,其中产甲烷量接近理论值的70％；表明了反应器在高的容积负荷下,有着较好的稳定性。反应器内颗粒污泥呈灰白色,类似于球型,主要由球形菌组成,平均直径可达到1.55 mm,有着较好的产甲烷活性和沉降性,其形成可能是通过细菌或者微生物之间的相互吸附聚合来实现,而且以无机金属盐如:Fe,Ca,Mg,Al等形成的核心也有效地促进了颗粒污泥的形成。 根据JBILAFB反应器处理葡萄糖废水且反应器的负荷率控制在2.96 kgTOC.m-3.d-1～14.3 kgTOC.m-3.d-1之间的试验数据,分析建立了该反应器中基质降解、微生物生长和产甲烷动力学模型。这些动力学方程可以表述为；Us=1.72Se/493+Se;Y0=0.05/1+0.029θc;G=0.0037Q(S0-Se)+0.00014VLXL。根据产甲烷动力学方程可预测新型反应器的处理能力和最大可能产甲烷量。 在利用JBILAFB反应器处理焦化废水的小试试验研究中,当回流比为传统流化床的1/4倍时,由于生物气参与循环,增强了新型反应器的混合效果,使其启动时间缩短了7d以上；而且对废水中有机污染物的去除率与传统厌氧流化床相近,并能较快地适应容积负荷的变化,达到相对稳定运行的状态。焦化废水中约含有33.1％的不可生物降解物质,是造成了厌氧处理效率偏低的重要因素。新型反应器处理焦化废水的动力学模型可描述为:USL=0.4·Se-315/7388+(Se-315)。 在小试研究的基础上,针对集约化化工园区排放的高浓度、高色度、高时变性及难降解性复杂化工废水,自行研制了处理能力为24 m3.d-1,内置Fe0作为生物催化剂的生物气射流循环厌氧流化床作为预处理,探讨了新型反应器及其工艺对该废水预处理的催化还原过程及运行参数。结果表明：以射流的方式使生物气和废水在反应器内主动循环,使催化剂、活性炭、污泥与废水之间保持良好的接触传质,通过产氢、絮凝和提供营养等方式强化厌氧反应过程。在回流比为2、环境温度为23～340C及HRT为12～24 h的条件下,当进水容积负荷为0.874～2.996 kgCOD.m-3.d-1和色度为250～2000倍时,其COD和色度的平均去除率分别达到26.2％和70.8％；出水pH稳定在6～8之间,原废水B/C值由0.26±0.04提高到0.43±0.03。该新型反应器及工艺能实现部分有机负荷去除的同时明显改善了废水的可生化性,可作为复杂化工有机废水的高效预处理技术。 研究过程中,还设计制作了日处理量为800m3的新型工程化的生物气射流循环厌氧流化床,并应用于处理高浓度食品加工废水。当回流比为1.2:1,反应器的容积负荷为1.6 kgCOD/(m3.d)～5.6 kgCOD/(m3.d)时,可去除约80.1±5％的COD,最大能产生315.2m3/d可综合利用的生物气,其中甲烷含量达到64±8％；而且反应器对进水的负荷变化有较强的适应性,去除效果稳定。运行过程中采用污泥自动回流设计,无需二沉池和污泥回流系统,因此,是一种值得推广应用的新型处理工艺。