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微藻在能源、食品与医药、环境保护等领域具有广阔的应用前景。针对目前微藻培养存在的生产成本高、营养物质利用率低、耗能高等问题,本文以Desmodesmus sp.F51为研究对象,探究了无机碳源、氨氮与微藻细胞生长及pH变化之间的内在联系,建立了一种微藻高效培养的方法,并将此培养方法应用于微藻水产养殖废水处理和叶黄素生产中。研究了不同碳源条件、氨氮及磷浓度对微藻细胞生长及其脱氮除磷效果的影响。结果表明,对于磷浓度为5-10 mg/L,且NH4+-N/P 比为13.3的人工养殖废水,当控制NH4+-N/NaHC03-C 比为1、C02浓度为2.5%时,藻株F51可获得最大的生物量产率(335.81 mg/L/d),此时氨氮、磷去除速率分别为38.40 mg/L/d和6.40 mg/L/d,且能实现对废水中氨氮、磷的全部去除。采用30 L柱状光生物反应器,考察了不同光照条件、温度对放大分批培养微藻及其脱氮除磷效果的影响。结果表明,当控制光照强度为1063 μmol/m2/s、培养温度为30℃时,藻株F51可获得最高的生物量产率(415.33 mg/L/d),氨氮和磷的去除速率可分别达33.01 mg/L/d和4.93 mg/L/d。进一步考察了半连续培养策略对微藻持续处理人工养殖废水效果的影响,以及探究了户外培养条件下微藻处理废水的可行性。结果表明,在室内及室外半连续培养策略下,微藻均可维持较好的细胞生长情况及氨氮、磷去除效果。在此基础上,构建了微藻半连续废水处理系统,对微藻处理真实水产养殖废水进行了表征。结果表明,采用微藻半连续废水处理系统,不仅可在一定程度上实现微藻的长时间持续培养,还可保证鱼类养殖过程中的频繁换水需求。微藻平均生物量产率可达284.91 mg/L/d,平均氨氮、磷去除速率分别为17.32 mg/L/d和2.98 mg/L/d,所收获藻体的平均细胞组成分别为粗蛋白质628.55 mg/g、油脂71.35 mg/g、碳水化合物214.31 mg/g、类胡萝卜素8.09 mg/g和叶黄素4.41 mg/g。考察了不同无机碳源及氮源条件对藻株F51细胞生长及叶黄素生产的影响。结果表明,采用双碳源体系(NaHC03和C02)可避免微藻利用氨氮过程中培养液pH的急剧下降。较低的NaHC03-C:NH4Cl-N 比会使得培养液的最终pH值较低,以及获得较低的微藻叶黄素产率,但可明显提高藻细胞的自絮凝效率。当控制分批培养条件为:2.5%C02、150 mg/L NH4+-N和NaHCO3-C/NH4Cl-N=1时,藻株F51可获得最高的生物量产率(939 mg/L/d)和叶黄素产率(5.22 mg/L/d)。