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一體化污水處理設備的工藝研究主要集中在主體工藝的改進、工藝流程的優化組合和填料性能提高等幾個方面，以凸顯一體化污水處理設備的優勢。
一體化設備的主體工藝多采用生物膜法，該方法污泥濃度高，容積負荷大，耐沖擊能力強，處理效率高，其中*常用的是接觸氧化法，該方法能耗低、投資省，比活性污泥法有一定的優勢。但近年來，生物流化床成為研究熱點，相比接觸氧化法，生物流化床污泥濃度更高，耐沖擊能力更強，剩余污泥率更低，且無堵塞、混合均勻，具有較好的脫氮效果，配置形式也比接觸氧化法更靈活，已越來越受到重視。隨著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斷涌現，其水流狀態、污泥濃度、充氧特性及脫氮效果等得到較大改進，處理效率也更高。此外SBR、MBR和DAT-IAT等作為主體工藝的一體化設備也已有報道。
近年來，**絮凝劑的不斷發展促進了物化工藝在污水處理中的應用，污水處理趨于物化與生化工藝相結合。化學絮凝劑可以強烈吸附水中的懸浮物和膠體，并進一步減少生化處理時間，從而更大限度地減少占地面積，現己出現完全采用物化方法的處理設備和物化／生化相結合的一體化污水處理設備。
填料是生物膜法的主體，直接關系到處理效果。一體化設備生化池常用的填料包括蜂窩填料、束網填料、波紋填料、顆粒填料等。近年來，懸浮的顆粒狀或立體狀填料得到迅速發展和廣泛應用，其主要優點為：
①孔隙率大，表面附著的微生物數量和種類多；
②比重接近于水，可以全池流化翻動。填料上的生物膜、水流和氣流三相充分接觸混合，增大了傳質面積，提高了傳質速率，強化了傳質過程，縮短了污水的生化停留時間；
③多采用聚乙烯、聚丙烯材料，既具有一定的強度，又不失彈性，使用壽命大大延長，且無浸出毒性。
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