垂直折流多功能生化反應器（VTBR）是大連理工大學環境工程設計研究院有限公司的專利技術，利用了深井曝氣的基本原理，並以此為基礎進行了多方面改進，使其技術先進性、經濟性、適用性都遠遠超過了深井過程。它結合了固定膜生物反應器、加壓供氣、厭氧脫氮、好氧水解、污泥消化等諸多生物處理過程於一體，具有廣泛的實用性、可靠性和經濟性。
VTBR生化反應器由兩個或兩個以上的塔式或管式反應器組成。反應器用特定直徑的管線以特定的方式連線，使反應器中的氣體和液體以相同的方向上下折流，折流次數隨反應器個數不同而異。反應器高度根據場地條件可任意選擇，從一米到十幾米均可。反應器內通常裝填生物固定生長的填料，在高濃度有機廢水厭氧處理的第一級可不裝填料。如此組成的反應器與常規反應器相比有如下特點：
☆VTBR的氧特性
生物處理最終是靠空氣中的氧將污染物由生物代謝過程氧化成二氧化碳,氧的利用效率是評價生化處理單元的最首要因素:
1）常規生化反應器的水深3～4米，一般氣泡上升的速度平均位0.3米/秒,因此空氣鼓入水底後大約十幾秒鐘即離開水面，亦即氣液接觸時間僅為十幾秒,因此氧利用率一般為5%左右；而VTBR中由於氣液接觸時間可以人為調整（靠調整反應器高度或折流次數來實現），一般在幾十分鐘到一個小時，氣液接觸時間的延長使氧氣的利用率大大提高,。同時在氣液折流過程中發生氣水的相對摩擦運動（在下降管中水流向下，氣體受浮力作用向上），提高湍流程度及氣液傳質速率，一般情況下均可以達到90%以上,已經在多項工程實踐中獲得證明。
2）常規反應器多為常壓操作，氧氣在水中的溶解度有限，高濃度廢水供氧量不足影響處理效果。VTBR由於反應器串聯形成一定的靜液壓力，一般可達2～3個大氣壓，並且首級壓力最大，依次遞減至常壓。此順序與生化需氧量的變化相一致，可以更好的滿足供氧需求。因此該裝置在處理高濃度有機廢水時也可保證好氧狀態，使好氧處理的濃度上限拓寬至5000毫克/立升（COD）以上。
3）由於氧效率的提高,處理同樣的COD其需氣量大大減少,一般污水處理裝置脫除1000mg/L的COD需要的氣水比為30～40／1；而VTBR僅需要3～4／1；在VTBR處理COD為3500mg/L的棉漿黑液時，氣水比僅需要8／1即可，大大節省了氣量和動力消耗。
☆VTBR 的生物學特性
生化處理是利用微生物來降解污染物，高生物量是高效降解的前提，VTBR採用立體彈性作為生物載體,使微生物生長特性達到最佳狀態：
1）VTBR在結構上借鑑了深井曝氣的特點，技術性能上超過了深井曝氣。因為深井曝氣不能裝填填料，而VTBR可任意裝填填料，使單位容積生物量可達15g/L以上，對於易生化廢水相應的容積脫除負荷升高到10～15kg/m·d（厭氧）和5～10kg/m·d（好氧）。
2）由於採用固定膜式生物反應器，生物內源呼吸過程加強，剩餘污泥量減少，當處理COD1000mg/L以下的污水時，剩餘污泥量很少，無需設定二沉池及污泥脫水單元。
3）由於生物膜的外側到內側分別是好氧－兼氧－厭氧環境，可使實現同步生物脫氮過程。
☆VTBR的套用特性
1）由於參考了深井曝氣的原理，因此在加壓的狀態下，氧在水中的溶解度加大,水中氧濃度的提高促進生物氧化反應進行,促進生化反應的平衡向降解產物方向偏移,使部分生化難降解的有機污染物可以得到分解氧化,提高了生化處理的範圍及其脫除率。
2）VTBR可構成純好氧處理工藝；純厭氧工藝；厭氧---好氧串聯工藝；厭氧---好氧---厭氧串聯工藝等多種工藝，可以用於污泥消化，高濃度廢水厭氧處理，中低濃度廢水好氧處理，生物脫氮除磷等。
3）由於其為鋼結構設備，單位立方米造價高於鋼筋混凝土的池體結構，但是其處理效率高，相對需要的總容積較少，因此總造價相對差不大。而且其生化效率高，氧氣利用率高，曝氣量少，便於保溫，運行費用低等，因此相對普通的生物氧化工藝，經濟效益明顯。
4）塔體形式方便採取防腐保溫措施，利於生化反應。塔體內部裝填填料，底部設定布水和曝氣系統。為了保證冬季進水溫度能夠滿足生化反應的需要，曝氣系統進氣管接低壓蒸汽，通過曝氣裝置對塔體內部進行加溫。
5）塔體為密閉結構，因此產生廢氣便於集中收集和高空排放，有利於操作人員的健康和廠區的環境美化。同時，由於氣液接觸時間長，揮發性有機物（特別是有異味的污染物）在水中不斷與生物接觸而被吸收吸附氧化降解，從而大大降低其逃逸到大氣中的可能性。尤其值得提出的是，高的氧效率意味著小氣量，小氣量意味著減少氣體吹脫揮發污染物的可能性，同樣也減少了大氣污染，這些特點已經在諸多揮發性污染物的處理中獲得證明，諸如：硝基苯廢水處理，含酚廢水處理，含氰廢水處理等。
6）VTBR結構緊奏，占地面積小，維修難度低，易於維護。
塔內採取玻璃鋼防腐措施，經過多年運行驗證，未出現防腐蝕問題。且正常運行中維修量低，除平時的外部補刷防腐漆之外基本無維修量。
塔體為密閉結構，因此產生廢氣便於集中收集和高空排放，有利於操作人員的健康和廠區的環境美化。
VTBR塔與普通接觸氧化池對比
| 對比項目 | VTBR | 普通接觸氧化池 |
| 氧利用率（%） | 40～95 | 5～15 |
| 對於易生化污水，處理1000mg/L的COD需要的氣水比 | 3～4:1 | 30～40:1 |
| 單位容積生物量（g/L） | 大於15 | 5～10 |
| 好氧處理工藝COD濃度上限（mg/L） | 5000 | 2000 |
| 處理1000mg/L的COD排泥量 | 無排泥 | 少量排泥 |
| 結構形式 | 鋼結構 | 鋼筋混凝土 |
| 排氣方式 | 罐體密閉便於收集 | 敞口排放 |
