微藻是一种最具潜质的生物质能源，实现其高密度培养是开发利用微藻资源的关键。本文将一种新型平板气升环流式光生物反应器用于小球藻的规模化培养，考察了其流动、混合和传质等各项性能参数，研究了小球藻的生长和代谢规律，并通过图像处理技术研究了反应器内的气泡特性。首先，本文总结了表观气速和顶部高度对气含率、液体循环流速、混合时间、传质系数的影响规律，并建立了经验性的数学模型。其次，本文还提出了一种新型体积膨胀法，可对气含率较小的情况进行测量。实验结果表明，表观气速对反应器性能起着主导性的作用，顶部高度也在一定程度上影响着反应器的气含率、循环速率、混合时间及传质性能。另外，本文还采用典型模型对反应器的功耗进行了分析。结果表明，本文所设计的反应器是一种经济、高效型的反应器，能够用于规模化培养微藻。本文通过在MATLAB环境下编程，对采集到的气泡图像经过图像二值化、孔洞填充、气泡分割等处理，考察了不同表观气速下，平板气升环流式光生物反应器内的气泡特性。研究结果表明，图像法与体积膨胀法测得的气含率结果相吻合，验证了图像处理技术测量气含率的可行性。此外，图像法还可以获得反应器内气泡的详细特征(如气泡形状、大小、分布及气液相界面积等)。通过对图像中所有气泡进行统计分析，获得了反应器中气泡的平均直径随表观气速和高度变化的规律。利用平板气升环流式光生物反应器培养小球藻，考察了不同表观气速对其生长特性的影响，并测量了培养基中营养元素的代谢速率。实验表明，经过264小时的培养，小球藻干重从0.2g/L生长到4.34g/L，当表观气速大于5.56×10-4m/s后，表观气速对小球藻的生长速率影响不大；另外，经分析N、P、Fe、Ca、Mg元素是构成小球藻细胞的重要元素。