农村生活污水治理是当前农村人居环境整治的突出短板,解决该问题的关键在于如何选择符合农村经济社会发展实际的处理工艺。因此,研究因地制宜、高效低耗、长效运行、操作简便的污水处理工艺势在必行。本研究根据农村生活污水的变化特征,从节能降耗的角度考虑,提出复合型梯级循环跌水曝气折流反应器,其主要的特征是:污水在布置如阶梯的含有填料的生物池内循环折流流动,装置由于高差的存在而发生跌水曝气充氧,处理的出水由合建式沉淀池排出。通过对反应器的跌水充氧性能和处理效果的深入研究,结果表明:（1）跌水高度、跌水流量和布水方式能从不同角度影响反应器的充氧效果。当跌水流量和布水方式一定时,改变跌水高度只是改变了下级跌水池水面截取上级跌水池水幕的位置。随着跌水高度由20cm增为50cm,KLa先急剧增大后稍微有所减小或者保持不变,此时水幕面积和水幕底边宽度控制跌水充氧的效果;当跌水高度和布水方式一定时,随着跌水流量由0.6m~3/h增大为2.0m~3/h,KLa先变大后减小,此时水幕面积和水幕厚度控制跌水充氧的效果;当跌水高度和跌水流量一定时,布水方式影响的是水幕与空气的接触形式。无论跌水流量大小,平板堰的出水总是向中心收缩靠拢,形成连续弧面水幕;三角堰的出水在跌水流量较小时被分割成线状;梯形堰的出水在跌水流量较小时被分成两层线状。三种布水方式中,平板堰的水幕变化均匀稳定,且水流动能集中,具有一定的冲击力,对反应器中的污水混合有利,因此选用平板堰口作为跌水池的出水堰。通过分析,初步确定了梯级循环跌水曝气反应器的相关参数,即跌水高度H=40cm,1.0m~3/h≤跌水流量Q≤1.6m~3/h。该情况下,反应器的充氧能力为0.0166～0.0261kg O2/（h·m）。（2）反应器试运行初期,测得系统内的DO和ORP分别为5.3mg/L、185mv左右。由于系统整体处于氧化环境,所以无法实现氮磷的有效去除,反应器对COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率为86%、53.23%、20.65%、18.21%。同时,在运行过程中还发现每个跌水池混合不均匀,存在底角污泥淤积的现象,间接缩小了反应器的有效容积,使得污染物去除效率不高。（3）为了解决上述两大系统问题,研究采取了两大措施对原反应器进行改造。一是在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ跌水池的水面下固定规格为35×15cm的有机玻璃挡板用于导流,将反应器的四个跌水池改造为折流形态;二是在系统中投加悬浮填料。反应器改进后的研究表明:折板流消除了跌水池的死区,同时活性污泥在跌水池的第2、3、4格会形成动态悬浮层,一方面增加了该区域的污泥浓度,污染物被截留在悬浮污泥层中;另一方面,悬浮污泥层中污泥浓度较高,耗氧速率较高,能有效降低DO浓度,测得污泥悬浮层的MLSS和DO分别为3300～3800mg/L和1.1～3.6mg/L。投加填料挂膜后,系统生物量大大增加,能加速DO的消耗,显著降低反应器内的DO和ORP。反应器最优填料投配方式为Ⅰ～Ⅳ跌水池填料投加的比例为:20%、10%、20%、10%。在此条件下,调整循环流量为1.0m~3/h,测定DO的分布为:0.12～2.26mg/L、0.11～2.35mg/L、0～2.74mg/L、0.08～3.02mg/L、0.1～2.63mg/L,反应器出水COD、NH4+-N、TN、TP的平均浓度为35.2mg/L、2.95mg/L、13.94mg/L和0.95mg/L。上述结果表明反应器通过循环跌水曝气、折板流和生物膜技术的集成,成功构建了系统好氧、缺氧和厌氧交替的环境,使有机物、氮和磷均能得到稳定高效的去除。（4）通过关键影响因素的正交试验,优化了反应器稳定运行时的工况参数范围,即F/M在0.24左右、HRT为15h、SRT为15d,出水COD、NH4+-N、TN、TP的平均去除率分别为:93.03%、86.46%、74.44%、88.93%,四项指标均能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。连续3天的冲击负荷实验表明:复合型梯级循环跌水曝气折流反应器具有较高的抗冲击性能,适用于农村生活污水的处理。