基于剩余污泥原位处理的理念，采用臭氧耦合机械破碎协同氧化技术强化污泥裂解自溶，快速释放胞内有机物，建立一套实验用机械破碎、臭氧处理、生化处理一体化实验装置。通过改变搅拌桨转速、臭氧质量浓度、臭氧投加量、作用时间以及分析原始剩余污泥和不同处理方法下混合液中有机物、总氮质量浓度和总磷质量浓度的变化，考察各因素对剩余污泥破碎分解的影响以及优化组合后对剩余污泥减量化的效果。结果表明：当六直叶圆盘涡轮式搅拌桨转速800 r/min、臭氧进气量1.6 L/min、臭氧质量浓度39 mg/L、污泥处理时间30 min，即臭氧投加量为110 mg/g(相对于混合液悬浮物)时，污泥细胞裂解效果最佳，此时活性污泥自溶分解率为42.36%，相比单独投加臭氧以及机械破碎，活性污泥自溶分解率分别提高了13.76%、36.47%，其中混合液体中的溶解化学需氧量(SCOD)、总氮质量浓度和总磷质量浓度分别由初始状态的45 mg/L、11 mg/L和2.14 mg/L上升到2596 mg/L、206.9 mg/L和47 mg/L。实验结果可以证明臭氧耦合机械破碎协同氧化强化污泥裂解自溶减量的可行性，本研究为污泥减量化提供了新的集成技术。