小球藻（Chlorella sp.）作为微藻的一种，具有繁殖速度快、产量高、富含多种营养物质以及可吸收氨用于环保等多种特点，已成为生物炼制和生物制造的研究热点之一[1]。小球藻可以在自养、异养以及混合培养的条件下生长[2]，小球藻（Chlorella sorokinianaNK-01）在一定的光照强度以及添加葡萄糖的条件下可以快速生长、积累较高的叶绿素和脂质。　　本研究以海水养殖池正常水体样品中，分离得到一株小球藻，经分类鉴定（电子显微镜、18S rRNA序列分析等）确定为Chlorella sorokinianaNK-01。采用异养和光照混合培养方式，优化了小球藻生物量、脂质、叶绿素高产条件。最后，探索了小球藻在废水处理中对COD和氮的作用。　　本研究选择响应面法[3]为主要的优化方法进行优化设计，首先通过PB实验对培养基中不同成分对Chlorella sorokinianaNK-01的优化产物的影响进行对比，选取葡萄糖、硝酸钠以及磷酸氢二钾作为待优选项对小球藻生物量、叶绿素和脂质进行优化分析。然后，根据单因素的实验方法得到Design-Expert软件实验设计的初始范围，进行实验设计。将得到的结果进行数据分析以及可行性分析，最终得到最优培养基配比（葡萄糖24.06 g/L、硝酸钠1.93 g/L和磷酸氢二钾0.26 g/L），进行摇瓶验证以及30L发酵罐发酵验证。摇瓶验证实验结果小球藻生物量8.658g/L，叶绿素含量50.412mg/L，脂质含量1.93g/L。30L发酵罐发酵验证结果为：小球藻生物量8.658g/L，叶绿素的含量50.4123 mg/L，脂质的产量1.93 g/L，分别是初始培养基的10.8倍、2.38倍和9.65倍。　　本研究利用分离得到的小球藻Chlorella sorokinianaNK-01分别对人工废水、高氨氮废水以及污水处理厂样品废水进行了处理研究。结果显示出小球藻Chlorella sorokinianaNK-01适宜处理酒石酸钾钠为碳源的人工污水。对不同浓度的高氨氮废水进行处理实验结果表明，小球藻在高氨氮废水中的处理效率随着氨氮浓度的上升而增加，在氨氮初始浓度为200 mg/L时处理效果最佳。小球藻处理污水厂样品，污水稀释度为30％时具有更好的处理COD以及氨氮的能力。