随着城镇化的发展和人民生活水平的提高，小城镇的水环境问题变得日益突出。污水量日益增加，巨大的污水处理压力及相对城市较落后的经济发展状况，亟需水环境保护工作者开发出适宜于我国小城镇的污水处理工艺技术。本文在充分调研了三峡库区小城镇污水特征及污水处理现状的基础上，结合三峡库区小城镇地形高差大这一特点，对传统塔式生物滤池进行了改造，将自然跌水曝气技术运用到生物滤池内，目的是寻找一种能够充分利用天然地形高差、投资省、运行费用低和管理较为简便的小城镇污水处理技术。本文分别对跌水曝气充氧、跌水曝气生物滤池启动、水力停留时间和容积负荷对跌水曝气生物滤池处理效果的影响以及跌水曝气生物滤池水质沿程去除特性等进行了研究，试验研究结果表明：①当跌水流量Q为0.03m³/h～0.07m³/h时，跌水曝气氧总转移系数K_L.a（20）随着跌水流量的增加而增大，增加跌水流量可以有效地提高跌水曝气充氧效果。当填充率D在0%～45%范围内时，氧总转移系数K_L.a（20）随着填料的填充率增加而增大，填充率为45%时，K_L.a（20）达到最大值0.0716/min。而在45%～75%范围内，氧总转移系数K_L.a（20）随着填料填充率的增加而呈现出迅速减小趋势。对比分析穿孔管式出水堰板与锯齿式出水堰板跌水充氧效果后，发现穿孔管式出水堰板跌水充氧效果较好。②当跌水宽度B=580mm，跌水高度H=700mm，跌水深度L=266mm，0.03m³/h≤跌水流量Q≤0.07m³/h，0≤填料填充率D≤0.75时，可推导出氧总转移系数K_L.a（20）的经验计算公式如下：K_L.a （20）（Q, D）=636.2182（D²-0.6804D-0.4563）.（Q²-0.0364Q+0.00008）③随着挂膜时间的增加，跌水曝气生物滤池出水pH值低于进水pH，进出水pH之差由小到大，逐步达到稳定。在当地水质监测条件较差的情况下，可以利用pH值和COD_cr去除率降低并最终稳定作为滤池挂膜成功的简易判断标准。悬浮球形填料的挂膜启动时间较陶粒填料短，水质处理效果优于陶粒填料。④跌水曝气生物滤池的处理效果受水力停留时间、容积负荷的影响，各污染物的去除效果随着水力停留时间的缩短或污染物容积负荷的增加而降低。在水力停留时间为7.8h时，跌水曝气生物滤池处理效果较为理想，出水COD_cr、NH₃-N、TN、TP、SS分别为70.0mg/L、39.0mg/L、63.4mg/L、3.6mg/L、25.6mg/L，COD_cr、SS出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级排放标准，其余指标达到三级排放标准。跌水曝气生物滤池同一滤料层对污染物的去除率分别随着污染物容积负荷的增加而降低。同一工况下，滤池不同滤料层对污染物的去除率存在一定的差异。各滤料层对NH₃-N、TN的去除率呈逐层升高的趋势，而对COD_cr、TP的去除率呈逐层下降的趋势。滤池对COD_cr、TP的去除主要发生在滤池的第一滤料层、第二滤料层、第三滤料层，而对NH₃-N、TN的去除则主要发生在滤池的第三滤料层、第四滤料层、第五滤料层。⑤跌水曝气生物滤池可用于小城镇污水处理，尤其对于山地小城镇污水处理，该技术具有独特的优势。