藻菌共生系统作为一种低能耗、低碳排放实现污水污染物超低排放和资源化的废水深度处理方法,已经得到应用。但是,针对藻菌共生系统的微生态环境中,各环境与工艺条件对群藻结构的影响、群落各类生物落位于生态位时的相互作用关系及群落演替动力和方向一直是研究空白,从而缺少群落结构影响污水处理效果的生态动力学机理解释。本文将生态学广为认同的关键生态因子、群落结构演替趋同及保守性等理论引入到对机理研究中,验证其在藻菌共生系统的藻际微生物环境中是否同样成立,为确立污水处理过程中藻际微生态理论打下基础,从而为藻菌共生系统的工艺优化提供理论基础和技术方案。首先,本研究利用Plackett-Burman法探究了不同生态因子对藻菌共生系统的废水处理能力的影响。实验结果显示光照强度对其处理能力的影响最大,其次是光周期的光暗比。因此,确认这两个生态因子为影响藻菌共生系统废水处理能力的关键生态因子。其次,本研究利用中心组Box-Behnken设计的响应面法（RSM）分析藻菌共生系统的关键生态因子,即:光照强度和光照周期,与曝气速率对污水处理效率和生物质产率的协同作用与相互影响。结果表明,在中等光照强度（5000lx）、光照周期（12:12）、曝气速率(0.55Lmin-1)条件下,COD、NH3-N、TP的去除率和生物质的最大预测生长率分别为95.43%、95.49%、89.42%和99.63%。然而,受TP去除率的影响,即使在最佳曝气条件下,达到其出水标准的有效处理范围很小。这意味着在曝气条件不变的条件下,有效的运行范围将非常有限。基于RSM和微分方程分析的进一步研究表明,通过曝气速率对光照条件的响应性调整,在更大的光照强度（4613～5541 lx）和光照周期（11:13～12.93:11.07）范围内,扩大废水的低排放的有效处理范围。再次,本研究利用光生物反应器在废水处理的二级出水中培养不同藻泥比的藻菌聚生体。经48小时培养,对第0h和第48h的藻际群落结构进行宏基因组学分析。基于微生物群落的Bray-Curtis相似性分析表明,所有群落均存在明显的趋同演替,这在宏观生态学中被称为“趋同”现象。结束时的Bray-Curtis相似度（总体在0.88以上）明显高于第0h的Bray-Curtis相似度（0.66）。在群落结构方面,藻泥比为5:1的比例在开始阶段就与结束阶段的各个藻菌聚生体群落结构的更加相似,并且其拥有最佳的资源利用率,即:最大TN去除率为73.69%、TP去除率为94.40%、NH3-N去除率为93.26%以及最大生物质生产率为98.2%,明显高于其他藻菌共生系统。这说明从而验证顶极群落为生态演替的最终阶段及稳定环境下群落结构走向收敛（趋同）这两个生态学中的普遍现象,同样出现在藻菌共生工艺废水深度处理系统的藻际环境中。最后,本研究在初步探究藻际微生态的趋同现象后,验证了生态学中普遍认同的群落结构保守性现象,在藻际微生态中同样存在。本研究利用两株不同的微藻按照10:1、5:1、1:1的藻菌配比构建6株藻菌共生系统,在培养48h后,设置每24h排泥比25%,继续运行96h。实验结果显示,不同的藻株构建的藻菌共生系统在96h后Bray-Curtis相似性差距较大,且废水处理能力相差较大;而相同藻种构建不同藻菌比的共生系统在96h后运行后Bray-Curtis相似性差距较小,且废水处理能力相差不大。这不仅更加验证了废水中藻际微生态的“趋同”现象的存在,而且这种由藻-生产者决定的群落差异性,被生态学定义为“保守性”现象,同时存在于废水中的藻际微生态之中。