能源的急剧消耗,化石燃料储量的减少以及立足于碳达峰、碳中和的新形势与新要求,增加了对替代和可再生能源的需求。因此,开发和使用来自各种生物质的可再生能源,近年来一直受到广泛关注。绿藻作为一种可用于生产生物燃料的生物质来源,因生产率高,环境耐受能力强等优点,成为厌氧消化产沼气的首选原料。本研究将小球藻与污泥混合进行厌氧共消化,探究小球藻和污泥的最佳配比。在此基础上对小球藻和污泥进行水热预处理,探究不同温度对小球藻与污泥共消化的影响,以进一步提高产气效果并确定最佳预处理温度。此外,为了提高沼气中甲烷含量并且有效去除沼液中污染物,本研究对小球藻和栅藻培养条件进行优化,确定适合小球藻和栅藻生长的最佳沼液稀释条件和二氧化碳（CO2）浓度,在此基础上,选择小球藻和栅藻最佳初始接种量以实现沼气、沼液的协同净化。得到结论如下:（1）探究小球藻与污泥以不同VS比混合作为底物对厌氧消化产气效果的影响。结果表明,混合比为2:1时厌氧消化产气效果最佳,累积产气量为250.98 mL/g VS,较于单一污泥组和单一小球藻组分别提高了1.37倍和1.65倍。并且,该混合组有较高的VFAs浓度,最高可达2956.45 mg/L。通过Fitzhugh一阶动力学模型和修正Gompertz模型对所有实验组累积产气量进行拟合发现,小球藻和污泥混合厌氧共消化增加了产甲烷潜力和最大产气速率,并且2:1混合组的产甲烷潜力和最大产气速率最高,分别为423.48 mL/g VS和33.21 mL/g VS d。在此实验基础上,探究水热预处理温度对2:1混合的小球藻和污泥进行厌氧消化的影响。研究表明,水热温度为180℃时,累积产气量最高,为481.23 mL/g VS。在此温度下VFAs含量也较高,可达5463.52 mg/L。通过Fitzhugh一阶动力学模型和修正Gompertz模型分析发现,水热预处理可以提高产气潜力,缩短厌氧消化滞后期,说明水热预处理有助于小球藻生物质水解酸化,将大分子有机物分解为短链小分子物质以促进厌氧消化。对水热前后的实验组进行宏全基因组测序结果表明,水热预处理对门水平下水解酸化菌例如Chloroflexi、Proteobacteria、Acidobacteria等的丰度有明显的提高作用,并且180℃实验组最高,分别为4.13%、55.84%、0.82%,表明水热预处理可以加快糖类、有机物等的降解能力,对于厌氧消化的产酸阶段有促进作用。（2）根据初始氮磷浓度对小球藻和栅藻生长的影响,确定不同沼液稀释条件,并探究CO2浓度和沼液稀释对小球藻和栅藻的生长影响,确定沼液、沼气协同净化最佳CO2浓度和沼液稀释条件。结果表明,小球藻和栅藻在250 mg/L氮初始浓度条件生长最佳,最高干重分别为47.19和31.03 mg/L。小球藻和栅藻在75mg/L磷初始浓度下干重最高,分别为304.02和151.46 mg/L。在此条件下,确定不同沼液占比,并发现沼液占比为50%时最适合小球藻和栅藻生长,小球藻和栅藻干重最高分别为268.61和115.35 mg/L。此外,小球藻和栅藻在此沼液占比下对COD、TN、TP有较好的去除效果,实验结束时小球藻实验组TN、TP和COD的去除率分别为60.76、92.70、44.35%,栅藻实验组分别为55.84、88.26、59.27%。小球藻和栅藻培养最适CO2浓度为5%,此时干重分别为629.02和307.36 mg/L,20%的CO2浓度对小球藻和栅藻生长有明显抑制作用。（3）在最佳CO2浓度和沼液稀释条件下,分别探究小球藻和栅藻不同初始接种量(OD680为0.05、0.1、0.2、0.3)对沼液、沼气协同净化影响。结果表明,实验结束时小球藻干重为实验组0.3＞0.2＞0.1＞0.05,栅藻干重为实验组0.3＞0.2＞0.05＞0.1。当小球藻和栅藻初始接种量为0.3时对沼液中的污染物有较好的去除效果,小球藻COD、TN、TP去除率分别为90.6%、83.03%、99.84%,栅藻分别为77.71%、66.35%、98.74%。此外,小球藻和栅藻初始接种量为0.3时固碳能力最强,最高固碳率分别可达18.03%和11.05%。