能源短缺与环境污染已成为制约当前世界各国经济发展和人类生活的严重问题。微藻作为可再生能源的优良原料,新型的高密度微藻固定化培养技术具有改善传统悬浮培养藻细胞密度低、培养成本高、生物质采收困难等弊端的潜力。藻类能够利用畜禽废水中的氮、磷化合物用于生长,因此也为污水深度处理提供了优良的解决方法。由于固定化培养的微藻对光与营养物质的吸收和利用机理与悬浮培养存在很大的不同,反应器的设计和工作原理上也有本质区别,因此,本研究以提高微藻固定化培养的生物质、油脂产量、提高固定化微藻对氮、磷的去除率、降低反应器系统能耗为目标,开展了以下几个方面的研究:(1)为了进一步优化微藻的固定化培养条件,分析了 CO2流速、培养周期、光稀释率三个参数对微藻生物油产量及总氮(Total Nitrogen,TN)去除率的影响。实验采用响应曲面分析法(Response Surface Methodology,RSM)中的中心组合算法(Central Composite Design,CCD)设计实验参数。结果表明,响应面建立的微藻生物质产率和废水TN去除率的二次回归方程的拟合度良好,模型相关系数都达到97%以上。最佳产能及去污培养条件组合为:CO2流速0.04L/min、培养周期124.86h、光稀释面积比率RAD1.33。在该条件下普通小球藻生物质产率达到34.81 g/m2/day,TN去除率达95.64%,与理论预测值较好吻合。(2)本文提出改进的盘式固定化培养生物反应器(Porous Substratum Biofilm Reactor,PSBR),此反应器主要由多组生物转盘垂直于地面布置,占地面积小,17.8的光稀释率有效地提高了培养单元对自然光源的利用,避免了光抑制效应。运用该反应器固定化培养小球藻,对其进行污水处理及生物油生产的研究。探究接种浓度和浸没面积比在室外培养条件下对生物膜产率、含油率、去污率和光合作用效率的影响。在18 g/m2的接种浓度及5.7%的浸没面积比培养条件下,得到最大生物膜产率为57.87 g/m2/day,固定化率为81.9%,生物质含油率及生物油产率分别为38.56%和22.318 g/m2/day,同时,氨氮(Ammonia,NH4-N)、TN 和 TP(Total Phosphorus,TP)的去除率分别达到 99.59%,96.05%和 99.83%。与悬浮培养系统相比,本PSBR系统光能利用率为10.65%,净能量比为1.3。(3)作为微藻生物柴油生产后占比最大的残余物—提油后微藻生物质,将其制作成藻粉生物吸附剂,用于研究吸附重金属Pb2+的吸附效果和机理。实验结果表明,溶液初始pH为3,藻渣吸附剂浓度为2g/L,初始铅离子浓度454.06 mg/L,吸附时间30 min达到平衡时,藻渣生物吸附剂对重金属的去除效果最佳,去除率达到99.67%,去除量达226.28 mg/g。