当今世界,由于传统一次能源不断的消耗,导致能源危机和温室效应不断加剧,因此开发利用高效、清洁可再生的新能源迫在眉睫。微藻作为第三代生物燃料的生物质来源,具有生长周期短、光合固碳效率高、分布范围广、油脂含量高等特点,且微藻生物质能被认为是一种极具潜力替代传统一次能源的生物燃料,而微藻的大规模、高效培养是微藻生物质能产业链的关键环节。目前,大规模的工业微藻培养方式以悬浮式培养为主,但是悬浮式培养具有微藻生物质产率低、采收能耗高等问题,极大的限制了其进一步发展。近年来,固定化微藻培养因具有生物质产量高、水耗低、采收简单等优点而成为国内外众多学者研究的热点。然而,现阶段微藻固定化培养光生物反应器仍面临占地面积大、单位面积产量低、反应器内藻细胞受光不均匀等问题。基于此,本文提出将纳米导光板引入至微藻固定化培养领域,构建了新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器。一方面,通过耦合导光板使反应器内微藻生物膜表面光强分布更均匀,以提高反应器内微藻生物膜的产量;另一方面,在相同的占地面积下,导光板可沿高度方向平行堆叠放置,提高单位占地、面积上的微藻生物质产量。通过实验研究的方法,本文首先对比了新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器与传统生物膜反应器的性能;随后,针对所设计的耦合导光板的微藻生物膜反应器,通过改变导光板出射光谱以及改变培养周期内的光强大小对反应器性能进行调控研究。全文主要结论如下:（1）新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器内导光板的引入使反应器内生物膜表面光强分布更均匀,微藻生物膜表面平均光强可达到67.84μmol m^-2s^-1,而对照组反应器内仅为22.36μmol m^-2s^-1;经过9天的培养后,新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器中生物膜面积密度最高可达到79.35 g m^-2,平均面积密度为61.35 g m^-2,而对照组反应器内微藻生物膜平均面积密度只有25.02 g m^-2,即新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器内的微藻生物质产量与对照组反应器相比,提高了145.20%;随后,通过改变导光板表面出射光强发现微藻生物膜在不同光照强度下的生长速率存在明显的差异,在光强68μmol m^-2s^-1条件下反应器内微藻生物膜生长缓慢,随着光强增加至136μmol m^-2s^-1,微藻生物膜生长速率明显提高,最终生物膜平均面积密度产率达到12.97g m^-2d^-1,是低光强下的1.39倍,然而当光强进一步增加至204μmol m^-2s^-1时,微藻生物膜生长速率下降,生物膜面积密度产率降至9.28 g m^-2d^-1,这是由于过高的光强对藻细胞的生长存在抑制作用,不利于微藻生物质的积累。（2）实验过程中发现,当CO₂直接通入微藻生物膜培养密闭腔室时,新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器内同一层微藻生物膜生长出现不均的现象。这是由于CO₂需先溶解至生物膜附近的水环境中方可为藻细胞的生化转化过程提供碳源,而刚流入反应器内的培养基中CO₂溶解量较少,使得靠近LED光源区域内生物膜的生长缺乏必要的无机碳,限制了该区域内微藻生物膜的生长。基于此,本文提出将CO₂预先充分溶解至液体培养基中的方法,进而为反应器不同区域内藻细胞生物膜的生长提供充足的碳源。通过改变导光板的出射光的光谱结构发现,在相同光照强度下,新型多层堆叠导光板式微藻生物膜光生物反应器内微藻生物膜在绿光照射下的色素含量和生物质产量最高,分别为70.32 mg m^-2和64.99 g m^-2,对应的生物膜面积密度平均产率为10.80 g m^-2d^-1。然而,在蓝光照射下,微藻生物膜产量和色素含量均最低,这是由于蓝光的能量高,对藻细胞的损伤大,降低了藻细胞的活性,导致微藻生物膜生长缓慢。（3）研究发现在微藻生物膜整个生长期的不同阶段,光强大小的改变会对微藻生物膜的生长具有一定的影响。通过8天的培养发现,当整个培养周期内的平均光强均为150μmol m^-2s^-1时,微藻生物膜产量在光供给策略B和C条件下,反应器内微藻生物膜面积密度分别可达到50.07 g m^-2和54.05 g m^-2,分别比光强恒定为150μmol m^-2s^-1时高9.16%和18.83%。对光供给策略B而言,在培养第0～4天,光强设定为60μmol m^-2s^-1,4～8天设定为240μmol m^-2s^-1;对光供给策略C而言,在培养第0～2天,光强设定为60μmol m^-2s^-1,在2～6天,设定为150μmol m^-2s^-1,在6～8天光强为240μmol m^-2s^-1。