内循环生物流化床是将化工技术、生物技术及水处理技术有机结合应用于有机废水生化降解的一种新型装置，由于其可实现气、液、固三相充分接触而在微生物浓度、传质条件、生化反应速率等方面具有独特的优势，已经广泛应用于石化废水、冶炼废水、印染废水的处理。生物流化床中的载体作为微生物附着的主体，关联着微生物的生长、繁殖、脱落和形态及空间结构，其性能直接影响和制约着流化床工艺的处理效率和能耗。微生物在载体表面附着取决于两方面：一是细菌表面的特性，二是载体表面物理化学性质。目前流化床中常用的无机载体普通存在比重大，流态化能耗高，孔隙率低等缺点；有机高分子载体如聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，其亲水性能和生物亲和性差、比表面积小，在微生物挂膜速度、挂膜量及生物活性等方面存在不足。 基于以上事实，本论文通过对载体表面结构及性质(如比表面积、粗糙度、孔隙率、亲水性、带电情况)影响微生物附着动力学的机理研究，选择合适的有机物单体，采用界面发泡聚合方法构建多孔网状结构的有机.无机复合亲水性材料，并应用于新型内循环生物流化床废水处理和生物挂膜理论探讨。研究内容包括：亲水性聚合物多孔(GPI.JC)载体的制备、载体表面生物挂膜机理、新型内循环生物流化床流体力学与氧传质特性、新型内循环生物流化床处理有机废水操作特性及基质降解动力学。 采用界面聚合工艺制备GPUC载体。制备1L的GPUC载体的较佳组成：聚醚三元醇用量为50g、TDI为20g、葡萄糖为7g、PAC为6g、水为1.5g，在该组分下制备的GPUC载体易于流态化，表观密度为40.7kg.m<-3>，骨架密度490.6 kg.m<-3>，孔隙率91.7％，平均孔径24μm-属于大、中孔范围，吸水率达到315.2％属于亲水性材料。利用：FT-IR、BET、XRD、TG-DSC、GC-MS表征了GPUC载体的表面结构及性质。分析GPUC载体的反应合成机理及有机.无机复合材料的界面作用，结果表明，加入葡萄糖提高聚合物多孔载体的亲水性，PAC掺杂改变聚合物孔结构，孔径由微孔转变为大、中孔，同时提高载体的吸附性及热稳定性。 探讨载体表面理化特性对生物挂膜的影响，采用4种不同结构的载体进行挂膜实验，研究生物膜的形成过程及生物挂膜机理。对动态环境下生物载体挂膜过程所受的力进行了描述，根据附着动力学模型定量地分析生物载体挂膜量及生物活性以解析生物载体-生物膜界面作用。研究发现，GPUC载体附着生物量达到4.30gVSS/L高于普通多孔载体的3．16gVSS/L，是颗粒活性炭和聚丙烯颗粒附着生物量的2倍以上；GPUC载体附着生物膜活性为101mgO<,2>/(gVSS·h)>普通多孔载体附着生物膜活性81mgO<,2>/(gVSS·h)>颗粒活性炭的72mgO<,2>/(gVSS·h)>聚丙烯颗粒的72mgO<,2>/(gVSS·h)。GPUC载体亲水性促进了微生物在载体的初期吸附，载体的大、中孔结构为微生物附着生长、基质扩散与交换、产物排泄提供空间。系统分析了内循环流化床生物反应器结构参数、作用机制及其相关性。基于将强化混合与节省能耗相结合的思路，设计了漏斗型导流装置与十字型挡板分别设置于反应器导流筒顶端及底隙区，分析反应器内多相流体与新型内构件碰撞后流态、流速变化及能量耗散等问题。实验研究了新型内构件对流化床反应器气含率、液相混合时间、流体循环速度以及体积氧传质系数的影响规律，并通过全环路能量守恒原理推导了反应器液体循环速度与摩擦阻力系数之间的经验关系式，为流化床反应器液体循环速度的预测提供了方法。研究发现：新型内构件的设置使升流区气含率和降流区气含率分别增大10％和65％，升流区及降流区液体循环速度分别提高了9.5％和11.8％，体积氧传质系数K<,La>提高了15％，液相混合时间下降10％-25％，摩擦阻力系数f<,b>由4.13减少为2.75，明显降低了液体在器内碰撞产生的能量消耗。结果表明，流化床内增加新型内构件并合理设置所实现的流态有序、矢量归一的目标能有效改善反应器中流体力学与传质性能，从结构上提出了稳态内循环流化床的思路，有利于反应器在稳态运行情况下进一步节能，该新型结构内循环流化床在工程应用中取得明显的效果。探讨了GPUC载体用于新型内循环流化床处理有机废水的基本特性。通过改变进水有机容积负荷、水力停留时间、气流量、载体投加量等因素研究新型内循环流化床的废水处理机制，建立GPUC载体新型内循环流化床反应器有机废水处理基质降解动力学和微生物生长动力学方程。 以上研究结果表明，亲水性聚合物多孔载体--GPUC载体具有轻质、多孔、吸附性强、亲水性和亲生物性等理化特性，孔径大小适合微生物附着生长、繁殖，应用于新型内循环生物流化床反应器有机废水处理具有容积负荷高、生物量生物活性高、抗冲击性能强、污染物降解效率好等特点。