一体化污水处理设备的主要工作原理是通过培养微生物来消化水中的有机物，从而使水质变的更好。目前根据不同的处理标准逐渐形成了以AO工艺为主题的生物膜法污水处理工艺。一体化污水处理设备常见的AO工艺流程为化粪池+调节池+缺氧池+好氧池+沉淀池+污泥池+清水池。
工作原理按单元划分如下：
1、化粪池：化粪池是处理粪便并加以过滤沉淀的设备。经过化粪池处理，初步的去除悬浮物，减轻后续处理单元的压力。
2、调节池：调节水量与水质，均质均量，调节池内设置格栅，拦截杂物，同时进一步去除悬浮物。
3、缺氧池：主要起反硝化去除硝态氮的作用，同时去除部分BOD。也有水解反应提高可生化性的作用。
4、好氧池：在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N的浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。
5、沉淀池：通过中心稳流筒降低水流速度，使水中的微小杂质进一步沉淀，水质得到进一步澄清。
6、污泥池：储存调节池和沉淀池沉淀下来的污泥
7、清水池：储存沉淀池流出的清水，清水池兼具消毒池的功能，往往通过在清水池投加消毒剂来达到给污水消毒的目的。
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