跌水曝气的研究是实现污水处理节能降耗的热点研究方向。但是，目前关于这方面的研究都是只从跌水对于曝气充氧效果这个方面来研究，而没有涉及到反应器很重要的混合效果，只是把跌水作为主体处理前的一个环节而已，因此是局部的、小范围的，不能广泛的作为污水处理厂主要工艺加以推广。　　本文主要从充氧、混合和流动这三个条件的关系入手，利用跌水的方式把充氧、混合和流动三者统一起来，对跌水曝气这种新的工艺进行全面的研究，并把它与一体化氧化沟工艺结合起来，形成一种全新的污水处理工艺――跌水曝气一体化氧化沟工艺。主要研究结果如下：　　①提出反应器总体设计思想并建立模型，对反应器模型进行结构形式试验，确定反应器最佳堰板型式为锯齿式堰板。　　②进行固液分离器试验及改造优化，优化模型具有如下特征：1）在固液分离器内加设斜板；2）在原弯道模型的基础上把弯道外壁往回收，设计为平缓涡形圆弧，走向与流体在弯道内的流线方向基本一致。弧线的圆心偏向水流进弯道一侧，且距离弯道较内径圆心远，半径呈“大-小-大”渐变。进出口两端径向宽度分别与相邻斜斗宽度一致，弯道内弧段上各点径向宽度也呈“大-小-大”渐变，在中间断面稍往出口方向径向宽度达到最小，为原模型的1/2。　　③进行反应器流态测定试验，测得反应器在整个时间段表现出70％的完全混合的流态特征，30%的推流特征。　　④提出循环因子的概念。循环因子是反映跌水曝气一体化氧化沟曝气系统的曝气和推流性能的物理量，其定义式为fQtt60tV1r22。　　⑤跌水系统性能试验研究，表明前述改造合理。在该模型条件下，当弯道型式为模型六，循环因子为13的时候，弯道平均溶解氧在2.0mg/L以上，满足充氧；弯道平均流速0.57m/s，满足混合；回流口流速达到1.0m/s以上，可以自动回流。可以认为此时模型型式最优，此时的循环因子为最优值。　　⑥跌水系统作为充氧与推流混合的设备，有独特的工作原理。充氧和推流能量来自流体本身的初始动能和势能，并通过跌水转化为起推进作用的动量，产生一个斜向下方向的冲量，使得推流混合可以深入到沟道较深处，有效改善池中能量分配和流速分布；同时这股水流携带大量氧气进入沟道深处，改善了下部充氧效果。　　⑦污水试验表明，当水力停留时间 HRT=12～24h，泥龄=10～20天，进水COD=150～450 mg/L的范围内，本模型对COD和NH4+-N的去除效率均在80%以上，出水SS≤16.4 mg/L，CODCr≤50mg/L，NH4+-N≤2.5 mg/L，TN≤15.11 mg/L，均达到污水排放标准，说明反应器模型的污水处理效果良好。　　⑧能耗分析表明，与传统工艺相比，该新工艺具有节能优势。同时结合山地本身特点，适合中小城镇尤其是山地丘陵地区污水处理厂的推广应用。从工艺操作可行性、处理效果、建设成本和人居和谐要求来看，跌水曝气一体化氧化沟工艺都具有可行性和必要性。　　本文的所有实验都在成都新都华健环保有限公司进行。