自我国城镇化战略提出后，广大小城镇虽然在经济建设方面发展迅速，但生态环境保护与治理工作明显滞后。作为生态环境的基本要素，水环境往往是遭受污染最为严重的区域。由于小城镇水污染问题不仅制约其自身的可持续发展，而且直接威胁着我国整体水环境健康，适于治理小城镇水污染问题的高效低耗的污水处理方案成为近年来的研究热点。　　污水处理厂是小城镇水污染处理的中心环节，其处理能力直接影响小城镇对水污染的控制能力，但许多小城镇所建污水处理厂普遍存在污染物排放超标、对污染物处理能力低于预期设计等现象，同时，能耗浪费现象也较为常见。本研究通过总结污水厂运行问题，以开发高效低耗并且适于小城镇的污水处理工艺为目标，取得了如下成果：　　1）通过总结小城镇污水特征、比较各生物处理工艺特点以及综合考虑污水特征后，选用更适于处理小城镇污水情况的立体循环一体化氧化沟作为处理工艺；建立小试、中试装置并以不同的运行模式对实际污水进行处理，运行结果显示，相比高溶氧状态运行（DO≥2 mg/L），间歇曝气模式和低溶氧运行模式均能良好的处理小城镇污水并提高了工艺的脱氮能力，但通过能耗比较后可以看出，间歇曝气模式运行可以进一步降低运行能耗；在江苏省常熟市康博村建立并试验运行“立体循环一体化氧化沟+亚表层促渗生态系统”，结果证明所设计系统在处理低C/N比污水时，具备良好的处理效果。　　2）通过对不同吸附材料进行筛选，选用吸附量较高的活性氧化铝（单位吸附量0.052 mg/g）为立体氧化沟工艺进行深度除磷，通过活性氧化铝吸附性能试验、设计和建立吸附柱进行连续试验，证明活性氧化铝有能力对低浓度磷溶液进行吸附除磷，所建立的吸附柱在设计时间内可以良好控制出水磷指标，达到吸附饱和后的活性氧化铝，可以通过碱液浸泡的方式实现再生以及磷资源回用。