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由于经济和技术条件所限，农村生活污水处理设施因高电耗产生较高运行费用而导致难以长效运行的问题已引发人们的关注。近年来，已有利用太阳能和风能供电驱动污水处理设施的研究和应用。但传统的太阳能和风能发电设施需要用蓄电池组稳定电能的输出，而蓄电池的使用寿命短导致运行维护成本增加，对蓄电池的处置不当也增加了环境污染风险。农村污水的排放特征是白天有水夜间断流，与太阳能辐射强度的日变化规律一致。此外，污水处理过程的好氧、缺氧和厌氧条件的交替变化有助于污水中有机物、氮和磷的去除。本研究将上述因素结合，希望构建无蓄电池的太阳能和风能发电直接驱动污水生物处理系统，可有效降低太阳能和风能发电系统的运行和维护成本，为发展利用新能源的农村生活污水处理系统探索新的技术途径。主要研究内容及结果如下: 以相关部门和监测站的数据为基础对中国的太阳能和风能资源进行评价，结果显示，我国有着丰富的太阳能和风能资源，基本呈现西北高，东南低的分布趋势，大部分地区较为适合推广新能源的应用。对本实验所在地区的太阳能和风能资源进行年际、季际变化的长期监测，结果显示，其太阳能和风能资源有着较为良好的互补性，冬季风能资源对太阳能资源的补充最为明显。 将农村生活污水排放的不连续、污水生物处理过程对溶解氧需求的差异、太阳能辐射强度的周期变化及风能的互补性等多因素融合，提出了一种无蓄电池组的太阳能与风能互补发电驱动农村生活污水处理设施集成系统。首先，设计了无蓄电池的风-光能互补发电系统，依据太阳能辐射强度日变化统计数据将电量输出分为高、中、低三级，并开发了用于稳定电量输出，实现分能耗级别运行的自动控制系统及相应的软件程序。其次，设计了多点进水、三级缺氧-好氧反应区串联的一体化生物膜反应器。反应器的运行工况与风-光能互补发电系统的电量输出相对应，以高、中、低三级能耗模式分级依次交替运行，以实现对能源最大程度的利用。167天的连续运行结果显示，通过自动控制系统的调控，风-光能互补发电系统电量输出稳定，能量利用率达到80％，日有效平均运行时长为8～10h。 通过对比试验确定，生物膜反应器的3个进水点的最佳进水量分配比例为5∶3∶2。控制缺氧反应区的溶解氧小于0.2mg/L，好氧区溶解氧在4.0mg/L条件下，167天的连续运行结果表明，对污水中的COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别高达90.6％、94.7％和61.7％，其出水平均浓度分别为29.1mg/L、2.1mg/L和15.8mg/L。24h连续监测结果显示，生物膜反应器在白天运行和夜间静置阶段对污染物的去除均有贡献，其中白天运行阶段对COD、NH4+-N和TN的去除贡献较大，分别为91.68％、96.36％和86.3％。对生物膜反应器中各缺氧/好氧反应室内的微生物群落的丰富度以及类群变化的分析表明，各反应器中种群结构相对稳定，在各好氧和缺氧单元内均存在着较为丰富的对污染物有降解功能的功能菌种。好氧池中复合生物填料内部和外部的微生物的种群差异性比缺氧池中的复合生物填料内部和外部的微生物菌群差异性大。研究结果证明，利用无蓄电池组的风-光能互补发电驱动污水处理生物反应器是可行的。