磷是生命体不可或缺的重要元素。截至目前，全球的磷需求主要来源于磷矿开采，已有调查表明，现存的磷矿仅够再使用400年左右;同时，磷是水体富营养化的主控因子，排放未经处理的含磷废水易造成水体污染。鉴于磷在自然界中的单向流动性，从废水中回收磷既能够解决磷污染问题，同时又可实现磷资源的再生循环，具有巨大的社会环境效益和潜在的经济收益。　　本论文以养猪废水为研究对象，从试验研究与数值模拟两方面出发，考察鸟粪石结晶热力学、动力学和流体力学对磷去除及颗粒性质的影响。首先由试验得到影响鸟粪石微晶截留的关键参数，并通过中试长期试验进行验证;鉴于流体力学对颗粒性质的重要影响，采用试验与数值模拟相结合的方式考察颗粒的流化特性;最后将系统热力学、反应动力学和流体力学进行整合，建立了鸟粪石结晶反应模型。主要研究结论如下:　　1)采用中心复合设计(CCD)进行试验设计并成功建立响应曲面模型(RSM)，通过模型分析可知，流化床中溶解性正磷酸盐(SOP)的去除主要受热力学参数影响，如pH、进水磷浓度(Cp)和镁浓度(CMg);总磷(TP)除了受热力学参数，如Cp和回流比(RR)影响外，还受流体力学参数（上升流速，vup）的影响;鸟粪石微晶的截留与溶液过饱和指数(SI)和操作vup密切相关，因此可通过参数调节来提高流化床对微晶的截留，从而提高TP去除效果。　　2)利用RR代表SI，研究关键参数SI和vup对流化床除磷效果及鸟粪石产品质量的影响。长期运行结果表明，流化床TP去除率随着RR的降低、vup的升高而降低，然而RR与vup对SOP的去除没有影响，此结论与配水试验结论一致，说明RSM模型预测的准确性;颗粒性质方面，RR与vup对鸟粪石颗粒化的影响机制不同，高RR的过程为“聚并-融合”，而高vup为“聚并-水力压实”，且粒径分布、抗压强度和纯度均随RR与vup的升高而升高，因此，可根据水质与产品质量的需求制定相应的运行策略。　　3)对鸟粪石颗粒的物理属性和流化参数进行了系统的研究，结果表明，鸟粪石为椭球形颗粒，密度略小于单晶密度，其粒径的增大是从不规则形状逐渐趋于球形的过程;临界流化速度（umf）、带出速度(ut)和固含率(ε)均随颗粒粒径的增大而增大。Saxena and Vogel公式、O.M.托杰斯公式和Khan-Richardson-Zaki公式分别为umf、ut和ε的最佳预测公式。　　4)采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)方法对鸟粪石颗粒的液固流动特性进行冷态模拟，通过流化试验数据首先对模型参数进行优化，而后考察不同操作条件对鸟粪石颗粒流动行为的影响。优化后模型的模拟精度优于经验公式计算结果，与试验结果的相对偏差小于18％;颗粒运动呈环-核运动形态，颗粒初始堆积高度对颗粒固含率、轴向速度及径向速度均没有影响，颗粒固含率随着粒径和上升流速的增大而下降，轴向速度随着粒径、上升流速和管径的增大而升高，径向速度随管径的增大而增大。　　5)通过群体平衡模型(PBM)描述鸟粪石成核与结晶生长动力学，并使之与CFD进行耦合，建立鸟粪石结晶反应热态模型。模拟结果很好地再现了试验现象，同时形象地展示了各参数的分布情况;RR与pH的改变影响溶液过饱和度，过低的RR或过高的pH均不利于流化床对鸟粪石晶体的截留，高RR和低pH条件下晶体生长机制占据主导，可观察到晶体积累现象;vup的改变影响水力条件，过高或过低的vup条件均不利于晶体的生长;仅在水力条件适宜的情况下（如vup为0.01m/s时），可观察到晶体积累现象;此外，人为增大晶体生长速率可在有限的计算时间内明显地观察到晶体积累现象，充分说明结晶动力学参数的重要性。　　本论文揭示了鸟粪石流化结晶的关键控制参数，可制定流化床不同的运行策略以满足不同的水质和产品要求;同时，借助CFD方法，综合结晶过程热力学、动力学和流体力学参数，通过计算机成功模拟了鸟粪石结晶过程，为结晶反应器的优化设计提供了新的思路。