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养猪废水由于含有高浓度的污染物,已经造成了严重的环境破坏,发展处理养猪废水的方法已成为人们关注的焦点。绿藻基脱氮除磷技术是一种生态友好的解决方案,它通过减少土地使用来降低环境成本,并且可以回收氮磷。然而养猪废水中的碳氮比低、氮磷比失衡,并且含有生物毒性化合物,会抑制绿藻生长。由于自然界中绿藻与细菌存在共生作用,绿藻-细菌共生系统能够产生协同作用高效去除废水中的氮磷,具有潜在的应用前景。针对绿藻基养猪废水处理技术的瓶颈,本研究分离并筛选了能够快速生长且耐受养猪废水的绿藻,验证了绿藻处理养猪废水资源化的可行性;利用绿藻和养猪废水中土著细菌自然形成的共生关系,构建了绿藻-细菌共生系统,探究影响其脱氮除磷效能的因素及对病原菌和抗生素抗性基因的抑制效果;分析了绿藻-细菌共生系统中绿藻与其它微生物之间的关系和微生物群落变化,旨在阐明绿藻-细菌共生的形成机制。从基因角度分析了微生物群落和氮磷去除的相关性,阐明了绿藻-细菌共生系统中绿藻和细菌对脱氮除磷的贡献。验证了绿藻-细菌共生系统是一种有效的、环境可持续的养猪废水脱氮除磷方法。首先开展了绿藻分离筛选和养猪废水脱氮除磷资源化的可行性研究。利用平板划线法从哈尔滨淡水水域分离并纯化出59株绿藻,绿藻的生长速度具有藻株特异性,最终筛选出12株生长速率快的藻株用于开展绿藻去除模拟养猪废水中氮磷的研究。其中凯氏拟小球藻（Parachlorella kessleri）QWY28、衣藻属（Chlamydomonas sp.）QWY37、小球藻属（Chlorella sp.）MA1和星空藻属（Coelastrella sp.）KE4具有较高的脱氮除磷效能,PO43--P和总磷浓度均低于检测限,NO3--N、NH4+-N和总氮的去除效率分别为47.06±1.02-68.20±1.45%,40.11±1.06-44.71±0.62%和38.42±0.98-41.89±0.86%。绿藻的生物化学组成与氮磷浓度有关,模拟养猪废水处理结束时氮磷浓度较低,色素、蛋白质、碳水化合物和脂质含量分别为0.09±0.01-0.23±0.06%、30.27±0.95-34.82±1.63%、37.70±1.54-44.27±1.35%和13.03±1.41%-16.74±1.35%。以去除养猪废水中氮磷为目标构建分别以藻株QWY28、QWY37、MA1和KE4为主的绿藻-细菌共生系统,并进一步对环境条件和运行模式进行全面的研究和优化,以提高绿藻-细菌共生系统的稳定性和脱氮除磷效率。以0.08g/L的绿藻初始接种浓度构建的绿藻-细菌共生系统脱氮除磷效率最高,在30oC、p H 7.0-8.0下以混合营养模式运行,进一步提高了绿藻-细菌共生系统的实际应用潜力。总氮和NH4+-N的最大去除效率分别达70.30±3.76-96.41±2.63%和74.82±4.56-99.56±2.56%,PO43--P和总磷的浓度低于检测限。其中以藻株KE4为主的绿藻-细菌共生系统中氮磷的出水浓度达到中国畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）,具有研究价值。因此,利用深度测序进一步研究了以藻株KE4为主的绿藻-细菌共生系统处理SW过程中进水、处理阶段和出水的病原菌和抗生素抗性基因的动态变化,评估绿藻-细菌共生系统脱氮除磷和抑制病原菌及抗生素抗性基因的效能。结果表明,假单胞菌属（Pseudomonas sp.）和不动杆菌属（Acinetobacter sp.）一直是最占优势的,编码外排的抗生素抗性基因（Mac B、Mef A、Bcr A、Mex F、Mex D、Ceo B和tet C）是优势基因。在高溶解氧的驱动下,绿藻诱导病原菌和抗生素抗性基因失活。在这个绿藻强化的绿藻-细菌共生系统中,达到了抑制病原菌和抗生素抗性基因的目的。进一步研究了绿藻-细菌共生系统形成过程中生物活性的变化,并分析了菌群结构,揭示了绿藻-细菌共生系统的形成机制。由于绿藻与细菌的生物相互作用,藻株KE4的光合作用增强,微生物类群中与绿藻氧化应激和细胞生长相关的基因丰度增加。养猪废水处理前后的微生物群落差异较大,多样性降低,有益于形成稳定的绿藻-细菌共系统。真核生物群落中星空藻属的优势生态位证实了藻株KE4对污染物的高度耐受性,能够确保其长期的优势地位和有效的养猪废水处理。同时藻株KE4诱导了与脱氮除磷和促进绿藻生长相关的寡养单胞菌属（Stenotrophomonas sp.）和鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium sp.）的优势生态位。网络分析阐明了绿藻-细菌共生系统的形成过程,即早期主要为绿藻的益生菌,中期主要为氮磷去除相关的细菌,后期绿藻与共生细菌实现生态平衡。最后分析了绿藻-细菌共生系统中与绿藻和其它微生物之间的关系以及绿藻和细菌对脱氮除磷的贡献,明晰了绿藻-细菌共生系统脱氮除磷的机制。氮磷的高去除效率主要与绿藻相关,且由于绿藻与细菌的生物相互作用,绿藻-细菌共生系统中的氮磷去除效率比仅含绿藻组高。绿藻-细菌共生系统主要通过同化过程去除氮磷,绿藻对总氮、NH4+-N和总磷的同化率分别为61.73%、约54%和89.40%。剩余的38.27%的氮主要通过细菌的硝化和反硝化去除。高浓度溶解氧、碳缺乏和光对反硝化过程会产生抑制,而O2诱导硝化作用去除了约32%的NH4+-N。说明绿藻对硝化细菌发挥了积极作用,使得绿藻-细菌共生系统具有较强的协同脱氮除磷能力。