根据现阶段我国基本国情，迫切需要发展简便、经济、高效的乡镇污水处理设备及技术。本文提出一种曝气生物活性砂反应器（Aerated Active Sand Biofilter，简称AASB），该反应器是在活性砂过滤器滤料表面附载生物膜，并以曝气充氧的方式增加反应器中的溶解氧量以加强生物作用，同时采用间歇洗砂的运行方式取代连续洗砂模式，以保证在不中断污水处理过程维持反应器体内生物量的稳定。曝气生物活性砂反应器可继承活性砂过滤器操作简单、占地面积小、能耗低、运行成本低、清洗滤料彻底、滤料不易发生板结等优点，也具备更好的过滤精度和有机物去除能力，同时还克服了传统滤池占地面积大、水质易周期性波动、滤料清洗不彻底、滤层易阻塞等缺点，实现了高效率且管理方便的目的。本研究探索了曝气生物活性砂反应器进行接种挂膜启动情况，对其处理小城镇污水的最佳工况还有小城镇污水的运行处理效能进行探索，以及滤料上生物膜形态观察工艺条件等进行研究，得出如下结果：　　（1）选择颗粒活性炭作为构筑曝气生物活性砂反应器的滤料，在水温21.0~26.5℃、气水比均3:1的条件下，使进水负荷由0.85m3/(m2·d)逐渐增加到2.53m3/(m2·d)，采用接种挂膜法，以CODCr去除趋于稳定为挂膜成熟的标志，23d完成曝气生物活性砂反应器的启动。挂膜完成后，曝气生物活性砂反应器对CODCr、TOC、NH3-N、TP、浊度、色度的平均去除率分别为59.1％、33.3%、46.9%、20.3%、71.4%、77.9%。曝气生物活性砂反应器处理总磷的效果较差，后续将采用化学方法对总磷进行强化处理。　　（2）通过改变水力负荷、气水比、曝气位置、絮凝剂FeCl3投加量得到曝气生物活性砂反应器最佳运行条件为：水力负荷3.18m3/(m2·d)（对应HRT=4h）、气水比3:1、曝气位置30cm处、投加FeCl3的量10mg/L为最佳运行工况，且絮凝剂铁盐的投加使得曝气生物活性砂反应器处理小城镇污水的效率大大提高。此时反应器稳定运行，出水CODCr、TOC、NH3-N、TN、TP、浊度以及色度浓度分别为8.7~44.4 mg/L、6.4~27.4 mg/L、5.6~17.0 mg/L、14.8~35.1 mg/L、0.2~1.0 mg/L、1.1~7.1 NTU和1.6~13.3度，平均浓度22.6 mg/L、18.6 mg/L、9.7 mg/L、23.70 mg/L、0.4 mg/L、3.5 NTU和5.17度，各个污染物平均去除率为85.4%、40.8%、71.5%、44.6%、75.9%以及83.1%，处理效果稳定，验证最佳运行工况的准确性。　　（3）进水CODCr容积负荷，对有机物、TP和浊度的去除效果影响不大，对NH3-N和TN的去除率影响较大，呈明显下降趋势。并且TN、TP数据较为离散，说明进水CODCr容积负荷对TN、TP的去除率稳定性较差。NH3-N去除效果受NH3-N容积负荷影响较大，其增加降低了NH3-N去除率。　　（4）在水力负荷3.18m3/(m2·d)（对应HRT=4h）、气水比3:1、曝气位置30cm处、投加FeCl3的量10mg/L的最佳工况下考察曝气生物活性砂反应器中生物相特征。沿流程方向，生物膜逐渐变厚后再变薄，生物相逐渐由低级变高级，丝状菌和球状菌胶团由滤层下部至上部逐渐先增多后减少，AASB中生物膜厚度为中部＞下部＞上部。生物群落演替程度明显，反应器中不同位置组成的独特生物群落使整个系统较为完整及稳定。能谱分析表明生物膜与活性炭之间形成了一个与本体溶液不同的特殊环境。　　（5）曝气生物活性砂反应器OUR沿水流方向总体为中部＞上部＞下部，曝气生物活性砂反应器底端低溶解氧浓度及高有机物浓度限制了OUR；反应器中部曝气作用刺激好氧微生物活性增强，生物膜耗氧速率大大提高；反应器上部低营养物质浓度以及污水经过下部和中部的处理后对生物膜活性的抑制加剧使得耗氧速率下降。