对生活污水进行分户处理是乡村污水处理的重要形式，典型如日本分户净化 槽技术。分户处理设备对反应器容积的需求是影响系统建设成本的关键因子。经 过 40 多年研发与大规模应用，在常规混合排水的工艺下，分户污水处理设备的 体积-性能比已经逼近一个极限。如何大幅降低分户污水处理设备的体积，从而 突破制造-运输-安装的成本下限，是一个的难题。本研究利用分户处理在污水分 质收集上的便利，提出通过排水工艺创新突破污水处理难题的创新思路。具体而 言，就是将厕所废水与洗涤废水分别收集，然后根据各自的水质水量特点先分别 进行处理，再在流程的后段将两股水混合进行协同的处理，从而提升分户处理设 备体积-性能比。

      基于分户厕所废水高氨氮和间隙性排放的特点，论文提出了“部分亚硝化-厌 氧氨氧化”的工艺主线，旨在突破生活污水分户处理高效脱氮的难题。研究表明， 分户厕所废水特别适合“部分亚硝化-厌氧氨氧化”的工艺需求。首先，经过厌氧 预处理的分户厕所废水可以自发启动并稳定实现部分亚硝化的反应。其次，分户 厕所废水部分亚硝化反应出水中的亚氮/氨氮非常接近厌氧氨氧化反应的化学计 量比 1.32。启动阶段的高游离氨抑制和稳定阶段的周期性高游离亚硝酸抑制是导 致上述现象的主因。

       通过开展部分亚硝化反应、厌氧氨氧化反应、污水协同缺氧及好氧反应的污 染物去除效率批次实验，并利用 Michaelis-Menten 方程对实验结果进行拟合，获 得了温度、曝气量、游离亚硝酸浓度及化学需氧量（COD）与氨氮浓度比值对污 染物去除效率影响的定量关系。结合分户设备的实际运行场景确定了部分亚硝化 室、厌氧氨氧化室及协同好氧反应室的设计水力停留时间。

        通过小试装置 272 d 的运行研究，证实了分质-协同工艺的技术可行性及其在 处理效果与稳定性方面的优势。小试装置的出水 COD，氨氮与总氮浓度分别为 30 mg/L，3 mg/L 与 12 mg/L，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918- 2002 一级 A 的标准；部分亚硝化室与厌氧氨氧化室之间水流通路的结构是分质 -协同工艺正常运行的关键；洗涤废水与厕所废水每日进料体积比例的变化对装 置最终出水 COD 与氨氮浓度的影响不显著，而随着比例由 3.89 降低至 1.5 时， 出水总氮浓度由 10.8 mg/L 升高至 26.5 mg/L；当分质-系统进料负荷超过设计负 荷 30%（以水量计）时，持续冲击 1 d 对装置处理效果的影响较小，持续冲击 3 d 后，在液体温度为 13℃的情况下，需要 2 周的时间恢复到冲击前的状态；部分 亚硝化反应室长时间运行后会出现硝酸盐氮积累的情况，向进料厕所废水中以 0.17 gNaNO2/L 厕所废水的比例添加 NaNO2，是一个恢复部分亚硝化反应的实用策略。

      基于小试装置运行研究的结果，完成了中试装置的设计优化与装置搭建。通 中试装置 160 d 的运行研究，证实了分质-协同工艺设备化应用的技术可行性。液 体温度在 15~18℃范围内时，中试装置出水 COD、氨氮与总氮浓度分别为 28 mg/L， 6.3 mg/L，19.0 mg/L，COD 与氨氮满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》 GB18918-2002 一级 A 标准，总氮浓度优于一级 B 标准；分质-协同工艺的总氮 去除率为 83.2%，其中部分亚硝化室、厌氧氨氧化室与稳定室 2 的总氮去除率分 别为 23.2%，22.7%与 29.1%，是工艺的主要脱氮单元；当液体温度低于 15℃， 部分亚硝化反应的氨氮去除率由 64.8%降至 30.9%，厌氧氨氧化反应的总氮去除 率由 50.4%降至 4.4%；功能区的集成与连接设计是中试装置面临的主要非工艺 难题，也是影响装置处理效果的关键因素。

      基于小试与中试装置运行实验的结果，以日本分户净化槽为对照，证实了分 质-协同工艺在降低分户设备体积以及提高处理效果与稳定性方面的优势。分质 协同处理工艺可将分户设备的有效体积降低 25%，污泥表观产率降低 59%，并能 显著提升氨氮和总氮的去除效果。由于分质-协同处理工艺在分户设备内实现了 水质冲击与水量冲击的分离，设备运行的稳定性较现有分户处理技术更佳。