为解决我国丘陵地带中小城镇生活污水处理厂的建设和运行费用偏高等实际问题，利用丘陵地势条件，将阶梯式跌水曝气装置、微孔曝气器、潜水推进器等节能技术应用到一体化氧化沟工艺中，设计出一种新型污水处理工艺。小试和中试结果均表明：该工艺具有良好的充氧性能，在处理污水能达标排放的同时取得了很好的节能效果。结合混合液流态和阶梯式跌水装置复氧过程等方面的节能机理分析，导出的阶梯式跌水曝气装置复氧过程中氧亏比的数学计算模型为该工艺指导实践提供了理论依据。