본 발명은 폐수에서 바이오디젤 생산용 담수미세조류를 배양하는 방법에 관한 것으로서, 담수미세조류 균주를 하폐수 내에서 배양하여 미세조류 배양과 동시에 결정질 물질 및 비결정질 물질을 각각 회수하고, 하폐수 내의 질소, 인, 유기 탄소 및 무기 탄소를 제거하여 하폐수를 처리하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면 미세조류 균주의 성장원으로 폐수 오염원을 이용하여 미세조류의 배양의 경제성을 높일 수 있고, 또한 미세조류 배양과 동시에 폐수를 고도로 처리할 수 있다. 또한, 생성된 바이오매스는 바이오디젤화로 적용이 가능하고, 바이오매스와 침전된 유용물질은 토양개량제, 비료 등으로 유용하게 활용할 수 있어서 폐기물의 자원재이용 및 신재생 에너지의 생산이 동시에 가능하다.