在水体富营养化严重、能源危机与全球气候变暖的背景下,微藻由于其污水净化效率高、油脂可资源化、光合能力强,成为污水深度处理领域重要的研究对象。微藻能够利用污水中的氮、磷和有机碳等营养元素,在实现污水深度净化的同时得到自身生物量的积累,转化为具有经济价值的生物质能源。此外,微藻光合作用时吸收CO2,对温室效应的缓解与碳中和目标的推进具有积极意义。因此,微藻污水深度处理是一种可持续的绿色处理技术。微藻深度处理技术中藻类品种、环境条件及反应装置对污水的高效处理至关重要。针对以上问题,本文选取水处理效果较好的微藻藻种,对比分析除污效能,筛选出优势藻种;并深入优化其培养条件,促进污水中氮磷等营养元素的去除;在此基础上,开发一种浅层藻床反应器用于城市生活污水深度处理,旨在为微藻污水深度处理技术的应用提供依据。主要内容包括以下四个方面:本文对比分析了普通小球藻、蛋白核小球藻、斜生栅藻及水华鱼腥藻四种微藻在模拟二级出水中的污染物去除效果及生长状况。结果表明,普通小球藻对有机碳、磷和氨氮的去除效果最好,最佳出水中COD、TP、NH3-N的浓度分别为11 mg/L、0.34 mg/L和4.1 mg/L,均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。在此基础上,优化微藻生物反应器的运行条件。结果表明,普通小球藻适宜的生长温度为26～30℃,30℃时处理效果最佳;适宜的光照强度为4000～8000 lux,6000 lux时处理效果最佳;氮磷元素的去除效果与光照时间呈正相关,而COD则相反,光暗比为14 h:10 h时藻细胞生物量积累最多;CO2体积分数为1%时,脱氮除磷效果最佳,过高的CO2浓度会抑制藻细胞生长;初始接种藻密度为1×106～1×107 cells/mL时脱氮除磷效果较好。并且根据以上结果构建了普通小球藻细胞生长动力学模型,描述了温度、光照强度和CO2浓度与普通小球藻生长速率的关系,模型拟合度较高。本文设计开发了一种浅层藻床反应器,主要探究了水深及藻细胞密度对光衰减的影响,得到光衰减模型I=I0exp[-（0.8961OD680+0.19025）·L],由此可以确定当入射光照强度为100000 lux时反应器临界水深约为25 cm。同时,结合开放式与密闭式微藻生物反应器的优点,设计了循环系统、光照系统、温度控制系统及藻水分离系统,使反应器运行条件可控,能够实现前文研究所得的工艺条件。其中,循环系统使CO2气体从反应器底部通入,一方面提供微藻光合作用所需无机碳源,另一方面能够起到垂直方向藻液混合的作用,使藻细胞与光照及营养物质等接触更均匀,减少了额外使用混合装置的能耗。反应器在室外运行,主要利用自然光照,人工光照系统作为补充。因此,相比于密闭式生物反应器浅层藻床反应器的能耗更低。本文利用浅层藻床反应器小试装置进行动态实验,在上述最佳工艺条件下探究水力停留时间对脱氮除磷效果的影响。结果表明,水力停留时间为1～1.5 d时,普通小球藻对实际污水厂二级出水的处理效果最佳。反应器运行至稳定状态时,出水中TP、NH3-N和TN的浓度分别保持在0.1～0.2 mg/L、3.5～4.2 mg/L和5.1～6.5 mg/L,COD浓度保持在10～20mg/L范围内。出水TP和COD浓度分别达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅳ类和Ⅱ类水质标准;NH3-N和TN浓度均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。同时,对稳定期藻细胞油脂含量进行测定,发现使用实际二沉池污水培养的藻细胞油脂含量为17.8～19.2%,高于BG11培养基中藻细胞油脂含量。结果表明,浅层藻床反应器深度处理收获的藻细胞具有较大的资源化潜能。