微藻因其生长周期短、光合效率高、单位面积油脂产量高,且不与农作物竞争土地等优势成为制备第三代生物燃料极具发展潜力的原料之一。但过高的培养成本在很大程度上限制了微藻生物柴油的工业化发展。利用产量大且物质组成较友好的淀粉废水培养高油脂微藻,不仅可以节约产油成本还可实现废水净化,是一种经济且绿色的可持续发展方式。对于淀粉工业废水养藻并实现油脂产量的提升,可从生物量和油脂含量两个方面进行优化,据此,本文考察废水预处理、以及灭菌与否对微藻生物量的影响,并结合光条件优化策略（光周期、光暗循环频次、光质）手段同步提高微藻生物量和油脂含量,并于反应器中进行半连续高密度培养小球藻条件优化,实现油脂积累。主要研究内容及结果包括:（1）对淀粉废水培养小球藻的可行性进行评价。将两种工段废水即调节池废水（RPW）和厌氧淀粉废水（ASW）以RPW、ASW、RPW/ASW=1:1、RPW/ASW=1:2和RPW/ASW=1:3五种比例混合,经过72 h的培养,最高生物量分别为0.6、0.74、1.13、1.26、1.07 g/L,结果表明小球藻在混合废水中生长更好,并在RPW/ASW=1:2配比时获得最高油脂产率61.9 mg/L/d。选取最佳配比废水,比较藻菌共培养和藻单独培养条件下小球藻的生长,结果表明藻菌共培养时的微藻生物量为1.25 g/L,高于藻单独培养中的0.77 g/L。通过微生物群落分析,推测其中优势菌变形菌门和拟杆菌门可以与小球藻共生。（2）通过光条件优化策略提高小球藻的光合性能,并分析产油能力。在不同的光周期、光暗循环次数和光质的条件下进行批次实验,结果表明有光条件下获得最高生物量1.13 g/L,略高于12:12 h的1.06 g/L。综合考虑能耗和实际日光条件等因素,选择光周期12:12 h。进而设置不同的光暗循环,分别为L/D=2 h:2 h、L/D=4 h:4 h、L/D=6h:6 h和L/D=12 h:12 h,结果表明在L/D=2 h:2 h和L/D=4 h:4 h（即光暗循环频次为6次和3次）时,小球藻生物量最大分别为1.28 g/L和1.27 g/L,分析可能增加光暗循环次数提高了光化学系统中电子的转移速率,从而提高了光合性能。确定L/D=4 h:4 h作为后续培养条件。结合藻细胞色素吸收带的光谱范围,选取白光、红光、蓝光和混合蓝红2:1、1:1和1:2六种光质条件,培养72 h后,小球藻的生物量分别为1.18、1.05、1.25、1.32、1.28和1.26 g/L,同时油脂含量分别为22.7%、19.3%、32.2%、31.4%、28.3%和29.4%,并在混合蓝红2:1获得最高油脂产率为109.0 mg/L。培养结束,白光、蓝光和蓝红混合光下,能看到明显的完整细胞,且蓝光和蓝红混合光下脂体含量增加,而在红光照射条件下,细胞数目增多但细胞的完整性遭到破坏,部分细胞壁发生溶解,表明蓝光促进微藻生长和油脂积累,而红光会对微藻产生一定的损伤。通过脂肪酸甲酯成分分析,不饱和脂肪酸（UFA）均占脂肪酸甲酯（FAMEs）总含量的50%以上,且含有较高比例的棕榈酸（C16:0）和油酸（C18:1）,可作为生物柴油的制备原料。（3）在膜光生物反应器（MPBR）中半连续高密度培养小球藻,设置不同的水力停留时间（HRT）调整废水的更新频率,结果表明,在HRT=3.7 d时,可满足小球藻的生长需求,藻密度最高处于1.87-2.45 g/L范围,相较于批次实验提高了31.1-85.6%,同时出水水质较好,COD平均去除率为95.3%,NH4+-N平均去除率为96.4%,TP平均去除率为46.9%。而高密度导致的光限制现象可以通过生物质保留时间（BRT）的设置得到缓解,在最适宜HRT条件下排出浓缩藻液改变BRT,控制反应器内藻液浓度,增加反应器内的光穿透能力。随着BRT从初始18 d逐渐缩短,生物量先升高后降低,在BRT为14 d时,生物量与营养物之间达到了高效平衡,最高生物量产率为830.0mg/L/d,油脂产率为259.8 mg/L/d,出水水质稳定,COD平均去除率为94.3%,NH4+-N平均去除率为95.2%,TP去除率相对提高,平均去除率为53.2%。（4）以上述培养条件构建微藻生物柴油生产系统,通过生命周期评价微藻生物柴油的可持续性以及对环境的影响。通过对比三种微藻培养方式、四种采收与脱水方式以及三种生物柴油转化方式,综合考虑资源消耗、固碳及产能情况,最后优选MPRB废水养藻体系、膜过滤加离心的采收脱水方式和酯交换的生物柴油转化方式,并对整个过程进行了能量平衡和碳平衡分析,该系统所得净能比（NER）值为3.73,碳盈余比（CBR）值为1.26,表明有净能量产出,且可在一定程度上缓解温室效应,在今后微藻生物柴油的工业化生产中具有发展潜力。