一体化污水处理设备的工艺研究主要集中在主体工艺的改进、工艺流程的优化组合和填料性能提高等几个方面，以凸显一体化污水处理设备的优势。
一体化设备的主体工艺多采用生物膜法，该方法污泥浓度高，容积负荷大，耐冲击能力强，处理效率高，其中*常用的是接触氧化法，该方法能耗低、投资省，比活性污泥法有一定的优势。但近年来，生物流化床成为研究热点，相比接触氧化法，生物流化床污泥浓度更高，耐冲击能力更强，剩余污泥率更低，且无堵塞、混合均匀，具有较好的脱氮效果，配置形式也比接触氧化法更灵活，已越来越受到重视。随着BASE三相生物流化床、生物半流化床、Circox汽提式生物流化床等新型流化床的不断涌现，其水流状态、污泥浓度、充氧特性及脱氮效果等得到较大改进，处理效率也更高。此外SBR、MBR和DAT-IAT等作为主体工艺的一体化设备也已有报道。
近年来，**絮凝剂的不断发展促进了物化工艺在污水处理中的应用，污水处理趋于物化与生化工艺相结合。化学絮凝剂可以强烈吸附水中的悬浮物和胶体，并进一步减少生化处理时间，从而更大限度地减少占地面积，现己出现完全采用物化方法的处理设备和物化／生化相结合的一体化污水处理设备。
填料是生物膜法的主体，直接关系到处理效果。一体化设备生化池常用的填料包括蜂窝填料、束网填料、波纹填料、颗粒填料等。近年来，悬浮的颗粒状或立体状填料得到迅速发展和广泛应用，其主要优点为：
①孔隙率大，表面附着的微生物数量和种类多；
②比重接近于水，可以全池流化翻动。填料上的生物膜、水流和气流三相充分接触混合，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程，缩短了污水的生化停留时间；
③多采用聚乙烯、聚丙烯材料，既具有一定的强度，又不失弹性，使用寿命大大延长，且无浸出毒性。
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