好氧颗粒污泥(Aerobic granular sludge,AGS)具有沉淀性能优良、生物量高、抗冲击负荷能力强等优势特征,但也存在曝气能耗高、长期运行易解体的弊端。微藻能够吸收二氧化碳进行光合作用,同时产生氧气和能源物质,但利用微藻处理污水存在代谢效率低、采收困难等问题。将AGS与微藻有机耦合起来,不仅能够解决微藻代谢效率低、采收困难的问题,还能够通过菌、藻之间的气体交换、代谢互补和物质循环,节约曝气能耗,维持颗粒污泥的结构稳定性。本文通过耦合好氧颗粒污泥和微藻的优势特征,构建一种高效低耗、稳定运行的菌藻共生好氧颗粒污泥(Algal-bacterial granular sludge,ABGS)体系,以解决现有工艺存在的弊端和难题,提高污水处理效能,实现资源化利用。本文研究了不同类型的接种污泥和接种藻类对ABGS形成的影响。结果表明,污泥类型和接种微藻与否都不是ABGS形成的必要条件,在形成ABGS后降低表观气速不会影响反应器的稳定性,但停止ABGS的光照后反应器崩溃。不同培养条件下形成的ABGS的理化性质不存在显著差异,但微藻的分布和含量的明显不同。以AGS形成的ABGS微藻含量丰富,微藻除了在距离边缘100μm处呈环带状密集分布外,在颗粒核心仍有微藻的存在,而AS形成的ABGS仅在外围呈现环带状分布。分析ABGS群落结构,体系中小球藻和新绿藻为主要的微藻,其中小球藻为优势物种。提取ABGS中的脂肪酸甲酯(Fatty acid methyl esters,FAMEs),发现主要的FAMEs种类为棕榈油酸甲酯、棕榈油甲酯、顺-9-油酸甲酯;微藻的含量与FAMEs含量呈明显的线性关系,相关系数达到0.9,以AGS形成的ABGS的FAMEs产量最高,为9.04mg/g。然后,本文考察了不同粒径范围的AGS作为接种污泥对ABGS的形成过程、污染物去除和理化性质的影响,在此基础上,阐释了ABGS的形成机理、脱氮途径和微藻维持ABGS稳定性机制。ABGS的形成机理为:微藻先与游离细菌结合,然后被AGS粘附,由于不同粒径的AGS的粘附力不同,在光照以及氧气等的选择作用下,微藻通过孔隙条件深入颗粒污泥内部或附着在颗粒表面。微藻对ABGS稳定性的影响机制为:微藻分布于颗粒内部,在其分布处分泌大量的多糖和蛋白,起到稳定结构的作用,并且微藻光合作用产生氧气,抑制内部厌氧菌群的活性,阻止颗粒内部的多糖和蛋白的水解,防止因厌氧内核瓦解而导致颗粒污泥结构解体。ABGS的形成有利于索氏菌属、鞘氨醇菌属等细菌在体系内富集,增强脱氮效果以及维持颗粒结构稳定性,提供光照有利于光合细菌——玫瑰杆菌属在体系的富集。FAMEs的含量与培养时间成明显的线性关系,相关系数达到0.95以上,粒径范围在0.4-0.8 mm的相关性最强,相关系数达到了0.99,但产量最低,仅5.74 mg/g,粒径范围在0.8-1.4 mm相关系数仅有0.95,其产量最高,达12.10 mg/g。ABGS系统的成功构建能够为城市污水生物处理提供一种新的途径,为绿色高效的资源回收利用提供理论基础,助推ABGS技术的实际应用。