污水处理是能源密集型的综合技术过程,特别是污水生物处理系统的电耗较大,是运行费用的主要支出。高电耗一方面造成了污水处理设施运行成本高,另一方面也加重了能源危机。近年来,国内外均在开发新能源,太阳能被认为是最具前途的新能源之一。光伏发电是当今太阳能发电的主流,一般由太阳能电池板、蓄电池组、控制器和逆变器四部分组成,其中蓄电池的使用寿命短,需定期更换,是太阳能发电系统成本高的主要原因之一。本研究将太阳能发电与污水生物处理技术相结合,根据分散型污水昼夜排放量差异大的特点和污水处理的生物脱氮除磷过程中厌氧、缺氧和好氧反应对氧的需求差异,开发出将厌氧、缺氧和好氧反应过程有机结合并利用太阳能驱动的新型一体化氧化沟污水处理系统。该系统取消了太阳能发电单元中的蓄电池组,可有效降低成本。　　 对太阳能辐射强度的日周期、月周期、季节周期、以及年周期变化进行了常年监测,明确了太阳能辐射强度的变化规律,确定了用于驱动污水生物处理反应器的太阳辐射强度安全置信区间值以及太阳能电池板面积计算方法,并针对取消蓄电池可能导致太阳能电池板电力输出不稳定的问题,研发出利用太阳能的电量分配与自动控制系统及软件,形成了新的无蓄电池太阳能光伏发电和供电自动分配与控制系统,可自动控制污水处理生物反应器的运行。　　 研究开发出能够以多种能耗梯度方式运行的一体化双沟环形氧化沟,能够有效利用无蓄电池太阳能光伏系统产生的电力。开展了无蓄电池太阳能光伏系统驱动一体化双沟环形氧化沟处理生活污水的实验室研究,在水力停留时间8h、污泥停留时间20d、MLSS浓度2.311-4.271g/L的运行条件下运行240天,结果表明,无蓄电池独立太阳能光伏系统能够稳定和持续地输出电力,一体化双沟环形氧化沟全自动运行,出水中COD,NH4+-N,TN,TP平均浓度分别为26.8mg/L,0.77mg/L,21.2mg/L,1.1mg/L,其对应的去除率分别为86％,98.7％,69％,82.5％。　　 研究了利用太阳能驱动的污水生物处理反应器内环境条件与太阳能发电单元昼夜供电周期变化的协同关系,通过优化控制使污水生物脱氮除磷过程与太阳能供电规律相吻合,建立了利用太阳能驱动的一体化氧化沟污水处理系统的优化运行模式。　　 对太阳能光伏组件进行生命周期评价,与常规独立太阳能光伏系统设计对比,在相同的6小时设计工作时间情况下,本无蓄电池太阳能光伏系统的总成本降低约45.5％。