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目前沼气厌氧发酵过程会产生大量含有有机物、氮、磷等污染物的沼液,未经处理的沼液如果随意排放,不但污染环境,同时也会导致资源浪费。利用沼液培养微藻既能用较低的生产成本获得有较高价值的微藻产品,又能实现对沼液的无害化和资源化。为此,本文设计了一种沼气厌氧发酵耦合膜式光生物反应器（Membrane photobioreactor,MPBR）培养微藻的系统。该系统将沼气厌氧发酵过程与微藻培养耦合起来,对沼液进行处理和循环利用的同时获得微藻产品,此外该系统还能提高沼气中甲烷浓度。本研究首先通过强化膜式光生物反应器耦合沼气厌氧发酵系统（以下简称耦合系统）中微藻的培养策略,提高微藻处理沼液效率及耦合系统中膜式光生物反应器与厌氧发酵罐的匹配性。其次考察沼液回流时耦合系统运行情况以及耦合系统对沼气甲烷纯度提升的效果。最后对耦合系统进行质量衡算和“能耗-环境-经济性”评价。主要研究成果如下:（1）构建了沼气厌氧发酵-膜式光生物反应器耦合系统,建立了膜式光生物反应器微藻培养的分阶段光照策略:0～24 h采用400μmol/m2·s光强,24～72 h采用500 μmol/m2·s光强,72～96 h采用600 μmol/m2.s光强。此光照策略下,小球藻C.sorokiniana具有最佳生物量（0.73 g/L）和沼液氨氮去除率（90.1%）。此外,确定了厌氧发酵的水力停留时间（Hydraulic retention time,HRT）为40 d时,厌氧发酵产沼液速率与MPBR处理沼液效率能够较好匹配,MPBR中C.sorokiniana具有最佳生物量（1.05 g/L）和沼液氨氮去除速率（21.3 mg/L·d）。（2）耦合系统中采用沼液经过微藻处理后回流的策略,即将处理后的沼液全部回流到厌氧发酵罐,降低沼液的排放量。研究结果显示,耦合系统中厌氧发酵的氨氮浓度、挥发性脂肪酸和粘度与对照组相比无明显变化,均维持在大约1200 mg/L、1600mg/L和40 mPa·s,日产沼气量仍维持1100 mL/L·d。经微藻处理后,沼液氨氮和磷酸盐去除率分别达到99.80%、99.50%,处理后沼液氨氮和磷酸盐浓度分别低于5 mg/L和0.5 mg/L。C.sorokiniana获得了最佳生产速率（160.2 mg/L·d）和蛋白质含量（55.0%）。（3）进一步对厌氧发酵体系进行微生物种群分析,结果表明,Firmicutes中嗜氮细菌属（Peptostreptococcus、Peptoniphilus、Clostridium、Sporanaerobacter 和Tepidimicrobium）的相对丰度随着氨氮浓度增加而增大,从而会导致乙酸过量富集,抑制厌氧发酵产沼气。此外,产甲烷古菌受积累的高氨氮浓度的影响,未处理沼液回流组中氨氮耐受性较差的Methanosarcina的相对丰度（0.41%）与处理后沼液回流组（0.64%）相比有所减少,而氨氮耐受性较强的Methanobrevibacter的相对丰度（0.07%）与处理后沼液回流组（0.02%）相比有所增加。未处理沼液回流组中产甲烷古菌总体相对丰度呈下降趋势,导致厌氧发酵的甲烷产量下降。（4）对耦合系统中MPBR的超滤膜的运行情况进行了探究。系统运行到80 d时,MPBR跨膜压差的平均增长速率（0.26 kPa/d）低于普通的膜生物反应器（Membranebioreactor,MBR）（0.41 kPa/d）。MPBR 的总阻力（6.8×1012 m-1）小于MBR（9.4×1012 m-1）,而且MBR的过滤通量只有MPBR的66.1%,说明MPBR相较于MBR可以有效缓解膜污染。（5）探究了耦合系统对于去除沼气中CO2从而提高CH4纯度的效果。结果表明,沼气/沼液（7.5 L/2 L）体积比有充足的沼液培养液和气体碳源（CO2）,获得了最佳CH4提纯浓度（84.3%）。此外,含有40%（v/v）CH4的粗沼气能为微藻提供充足CO2,获得了最佳微藻生物量（1.27 g/L）和沼气CH4含量增长（29.9%）。通过不同工艺的利用微藻提纯沼气的效果对比,耦合系统具有优异的提纯沼气效率（7.49%/d）、氨氮（63.4 mg/L.d）和磷酸盐（5.52 mg/L·d）清除速率、微藻生产速率（292.5mg/L·d）。（6）通过对耦合系统进行质量衡算和经济性分析可知,MPBR中微藻能高效处理沼液氨氮（99.6%）和磷酸盐（99.8%）,其处理1 m3/d沼液时的收益为241.07元。综合评价不同沼液处理工艺对系统“能量-环境-经济”指标的影响,微藻法除能耗稍高（139.31 MJ/ton）,其经济性（38.99元/ton）和绿色度（0.440 gd/ton）都较出众,综合考虑时是较为优异的沼液处理方式。