Cultivo de microalgas para la biorremediación de aguas residuales urbanas y para la obtención de moléculas de interés biotecnológico: β-1,3-glucano y astaxantina

Abstract

La gestión de las aguas residuales urbanas (ARU) constituye un desafío para la protección de la salud pública y los ecosistemas acuáticos. En esta tesis se evaluó el potencial de las microalgas como tratamiento terciario de ARU bajo un enfoque de economía circular, integrando la mejora de la calidad del efluente con la valorización de la biomasa producida. Se caracterizaron las ARU de la Planta de Tratamiento de San Justo (Santa Fe, Argentina) durante dos años y se desarrollaron sistemas de biorremediación con Chlorella vulgaris y Euglena gracilis. Se evaluó el crecimiento algal, biomarcadores fisiológicos y de estrés oxidativo, la remoción de materia orgánica, nutrientes y bacterias, la composición bioquímica de la biomasa y la aptitud del efluente tratado para reúso agrícola mediante bioensayos con Lactuca sativa. Asimismo, se desarrolló un biosensor enzimático electroquímico para la detección de compuestos fenólicos. La caracterización evidenció limitaciones del sistema lagunar para remover materia orgánica y nutrientes. Chlorella vulgaris alcanzó las mayores eficiencias de biorremediación, con remociones superiores al 97 % de nitrógeno y fósforo y mayores al 99 % de coliformes, además de generar biomasa enriquecida en lípidos y ácidos grasos de interés biotecnológico. Euglena gracilis mostró menor capacidad de remoción, pero promovió la acumulación de paramilon, un β-1,3-glucano de alto valor. El biosensor desarrollado presentó un límite de detección inferior al umbral regulatorio para fenoles. En conjunto, los resultados respaldan el uso de microalgas como estrategia sostenible para el tratamiento terciario de ARU y la valorización de biomasa.

Urban wastewater (UWW) management remains a major challenge for protecting public health and aquatic ecosystems. This thesis evaluated the potential of microalgae as a tertiary treatment for UWW within a circular economy framework, combining effluent quality improvement with biomass valorization. Urban wastewater from the San Justo Wastewater Treatment Plant (Santa Fe, Argentina) was characterized over a two-year period, and laboratory-scale bioremediation systems based on Chlorella vulgaris and Euglena gracilis were developed. Algal growth, physiological and oxidative stress biomarkers, removal of organic matter, nutrients, and bacteria, biomass biochemical composition, and the suitability of treated wastewater for agricultural reuse through Lactuca sativa bioassays were evaluated. In addition, an electrochemical enzymatic biosensor was developed for phenolic compound detection. Wastewater characterization revealed limitations of the stabilization pond system, particularly regarding organic matter and nutrient removal. Chlorella vulgaris achieved the highest bioremediation efficiency, removing more than 97% of nitrogen and phosphorus and over 99% of coliforms, while producing lipid-rich biomass with valuable fatty acids. Euglena gracilis showed lower removal efficiency but promoted the accumulation of paramylon, a high-value β-1,3-glucan. The developed biosensor achieved a detection limit below the current regulatory threshold for phenols. Overall, the results support the use of microalgae as a sustainable strategy for tertiary UWW treatment while generating value-added biomass, contributing to integrated approaches for wastewater reuse and circular economy.