Las microalgas son microorganismos fotosintéticos que pueden crecer rapidamente y vivir en medios extremos debido a su estructura celular. Estos extraordinarios microorganismos están siendo el foco de atención de los científicos en todo el mundo por su gran potencial para la generación de biocombustible, su habilidad para la remoción de nitrógeno y fósforo de las aguas residuales y su versatilidad en otras industrias como la cosmética, farmacéutica, nutrición y aditivos alimenticios, acuacultura y prevención de la contaminación. 

El biotratamiento de las aguas residuales con microalgas es particularmente atractivo por el aprovechamiento de la fotosíntesis que, en forma general, convierte la energía solar en biomasa útil incorporando nutrientes como nitrógeno y fósforo a la biomasa algal. Sin embargo, en el tratamiento de aguas residuales aparece una interesante relación entre las microalgas y las bacterias degradadoras de la materia orgánica.

En efecto, se ha reconocido que la materia orgánica es más rápidamente bio-oxidada por las bacterias que las plantas o microalgas. Es también conocido que los principales productos de oxidación de las bacterias aeróbicas, CO₂, NH₃ y H₂O, excepto por los requerimientos adicionales de energía solar, son los principales nutrientes de la fotosíntesis algal. Así, en teoría, la descomposición de la materia orgánica por bacteria puede ocurrir al mismo tiempo que los productos de esta descomposición son sintetizados por las microalgas, previendo que la luz es la fuente de energía. Bajo tales circunstancias, la eficiencia de utilización de oxígeno es grande, ya que el oxígeno generado en la fotosíntesis es usado por las bacterias en la oxidación. Es decir, la materia orgánica que entra al sistema como agua residual es oxidada por las bacterias utilizando el oxígeno producido por las algas.

 El cultivo 

El cultivo de microalgas puede hacerse en sistemas abiertos como lagunas, estanques y en sistemas cerrados altamente controlados como los fotobioreactores, sistemas flexibles que se pueden optimizar de acuerdo con las características biológicas y fisiológicas de la especie de alga que se desea cultivar, sobre todo aquellas que no pueden ser cultivadas en sistemas abiertos. Los sistemas abiertos son normalmente menos costosos de construir y operar, más durables y con una buena capacidad de producción comparado con los sistemas cerrados. Sin embargo, los estanques utilizan más energía para la homogenización de nutrientes y el nivel de agua debe mantenerse a una profundidad de al menos 15 cm para que las microalgas puedan recibir la energía solar suficiente para crecer. En general, los estanques son más susceptibles a las condiciones climáticas, ya que no permiten un control de la temperatura del agua, la evaporación y la iluminación.

También, en ellos, se pueden producir grandes cantidades de microalgas, pero ocupan más área de tierra que puede ser utilizada para la agricultura, y son más susceptibles a la contaminación de otras microalgas o bacterias. Sin embargo, los fotobioreactores también presentan limitaciones como la contaminación biológica, las acumulaciones de calor y oxígeno, la dificultad de aplicación, los altos costos en la construcción y operación del cultivo de la biomasa algal, el daño celular por estrés y el deterioro del material utilizado en el suministro de luz.

Adicionalmente, el costo de producción de biomasa algal en los fotobioreactores pueden ser más alta que en los sistemas abiertos. En algunos casos usando fotobioreactores, el cultivo de microalgas y sus aplicaciones podrían ser lo suficientemente bajos como para ser atractivo el uso (acuicultura); en otros, la productividad de células alcanzadas no puede compensar los costos operativos y el capital.

Estudio de las microalgas en la Universidad 

El grupo GMAE, en su línea de investigación de Recursos Hídricos y Saneamiento Ambiental (REHSA) ha venido liderando diversos proyectos enfocados en el cultivo y aplicación de las microalgas en el tratamiento de aguas residuales y generación de energia a partir de la biomasa algal.  Es el caso de la construcción de una celda solar de microalgas para analizar la depuración de aguas residuales domesticas, la cual permitió evaluar los parámetros obtenidos con la remoción de los principales sustratos de las aguas residuales como son NH₄₊, NO_3-, NO_2- y PO_43-. Estos análisis permitieron la interpretación de la relación microalgas-bacterias para la depuración de las aguas residuales, encontrando parámetros cinéticos, determinando la viabilidad del tratamiento y las ventajas y desventajas del sistema para ser utilizada en las diferentes industrias de la región. Además de la caracterización de la biomasa algal en cuanto al contenido de proteínas, lípidos y carbohidratos, que direccionará a la forma más adecuada para el aprovechamiento de esta biomasa generada.

En pertinencia, se ha estudiado el rendimiento de tres cepas diferentes de microalgas: Chlorella vulgaris, Hematococos y microalgas endémicas, extraídas del canal de agua que atraviesa la Universidad. El cultivo de las microalgas se ha hecho en sistemas cerrados con condiciones controladas de luminosidad, agitación y temperatura en pequeños reactores a escala de laboratorio. Una vez el cultivo alcanza un crecimiento óptimo, que se puede identificar por su color verde oscuro, se analiza el desempeño de estas microalgas en el tratamiento de aguas residuales domésticas, captadas directamente de la bocatoma de aguas residuales  provenientes del barrio Ambalá que pasa por la Universidad.

Así, los resultados obtenidos en esta investigación muetran que las microalgas tiene una alta capacidad de remoción de fósforo con un 90,59 % de remoción en el caso de la Chlorella, 94,12 % para los hematococos y 80 % para las microlagas endémicas. En cuanto a la remoción de nitrogeno inorgánico soluble, los hematococos presentan el porcentaje de remoción más alto con un 64,92 %, seguidos por la chlorella con 63,01 % y las microalgas endémicas con un 55,13 %.

Teniendo en cuenta lo anterior, se puede concluir que las microalgas respresentan una alternativa muy interesante para tratar aguas residuales, debido a sus altos rendimientos en la remoción de materia inorgánica presente en estas aguas. A pesar de esto, persisten las barreras tecnológicas para hacerlas económicamente viables y poderlas aplicar a escalas mayores en la industria o utilizarlas como complemento en los tratamientos de aguas residuales tradicionales.