本发明涉及到一种污水处理装置，包括反应池，反应池分隔为好氧区、厌氧缺氧区和厌氧区；其侧壁上设有进水孔，其底部设有刮泥机，反应池的下方设有泥斗，泥斗内设有推送装置；隔板上设有曝气装置，并且堆积有AO反应器；反应池的上部设有过水孔和过水堰；反应池的侧壁上设有污泥回流孔和与沉淀池的上清液抽出孔相连接的上清液回流孔；沉淀池与反应池共用一个侧壁，沉淀池下部的污泥回流孔连通沉淀池的底部；沉淀池内设有水平流沉淀分离装置；所述污泥沉淀池的侧壁上设有清水出孔，清水出孔位于所述水平流沉淀分离装置的上方；沉淀池的外侧壁上设有出水堰。本发明大大减少了平面占地面积，能够充分利用原水中的有机碳作为缺氧区反硝化过程必须的碳源，从而减少外加碳源的投加量，强化了污水处理系统的整体性能。