[en] Water is undoubtedly the most essential resource of humanity. However. supplying the human population with clean water has been a major challenge for decades. Contaminants in wastewaters endanger water bodies and the treatment of these effluents represent a high energy demand. The development of efficient wastewater treatment technologies is thus becoming increasingly important. In the context of a circular and bio-based economy. microalgae biomass has shown its great potential to treat wastewater streams. while recovering sustainable bioproducts. However. although extensive research has been done in this field. there is still need for improvements and realistic information in order to implement these systems at large scale. This PhD thesis aims to contribute to this quest by performing holistic studies on microalgae systems for wastewater treatment combined with different strategies for biomass valorisation. The overall content of this PhD thesis is divided in two main parts. The first part consists in experimental studies combining wastewater treatment and resources recovery using microalgae-based systems. while the second part is dedicated to the environmental analyses. through Life Cycle Assessment (LCA). of the technologies and biomass valorisation techniques investigated in this thesis. The first part presents investigated a well-known microalgae system. high rate alga! pond (HRAP). in order to simplify its maintenance. reduce costs and the footprint. This study showed that removing the primary treatment preceding a HRAP did not significantly affect the wastewater treatment efficiency. Moreover. the co-digestion with primary sludge could significantly improve the methane yield and kinetics of microalgae mono-digestion (2382:58 ml CH4/g VS compared to 1892:25 ml CH4/g VS. Following. a second study investigated the cultivation of cyanobacteria-dominated biomass using centrate diluted in secondary effluent from the HRAP system at different ratios. Results showed that cyanobacteria dominance was stable in a mixed culture with effective treatment efficiency. In addition. biomass grown in these systems could be valorised through phycobiliproteins (up to 17 mg/g dry biomass) and biogas production (from 159 to 199 ml CH4/g VS). Lastly. a third study investigating unialgal cultivations for further phycobiliproteins recovery was carried out. Light intensity and growth medium composition were optimised. and conditions were then selected to cultivate these microalgae in food-industry wastewater. Efficient wastewater treatment and successful extraction of phycobiliproteins (up to 103 mg/g dry biomass) were achieved. The second part of this thesis presents an overview of the environmental aspects associated with the microalgae systems and biomass recoveries focused in the previous experimental studies. A first LCA showed that. considering the most significant impact categories, HRAP system implemented in warm climate region showed to be the most environmentally friendly alternative while the biofertiliser production showed to be the most economically feasible than biogas. The second LCA indicated that a system treating industrial wastewater has lower environmental impacts than a system treating urban wastewater in most of the environmental indicators considered. Moreover, using wastewater appeared to be more environmentally friendly than using standard growth medium to cultivate microalgae. In conclusion, the results obtained in this thesis suggested that microalgae systems seem to have a great potential to improve water quality and recover valuable resources from wastewater. Therefore. based on the results of this study and considering the increasing need for conceptual biorefineries, sustainable installations at full scale would be the next step towards a circular economy.

[es] El agua es sin duda el recurso más esencial de la humanidad. Sin embargo, el suministro de agua limpia a la población humana ha sido un gran desafío durante décadas. Los contaminantes en las aguas residuales ponen en peligro los cuerpos de agua y el tratamiento de estos efluentes representa una gran demanda de energía. El desarrollo de tecnologías eficientes de tratamiento de aguas residuales se está volviendo cada vez más importante. En el contexto de una bioeconomía circular, la biomasa de microalgas ha demostrado su gran potencial para tratar las ofertas de corrientes de aguas residuales, al tiempo que recupera bioproductos sostenibles, implementando así conceptos de biorefinería. Sin embargo, aunque se ha realizado investigaciones em este tema, aún se necesitan mejoras e información realista para implementar estos sistemas a gran escala. Esta tesis doctoral tiene como objetivo contribuir a esta búsqueda mediante la realización de estudios holísticos sobre sistemas de microalgas para el tratamiento de aguas residuales. El contenido general de esta tesis doctoral se ha dividido en dos partes. La primera parte consistió en estudios experimentales, mientras que la segunda parte se ha dedicado a los análisis ambientales, a través del Análisis del Ciclo de Vida (ACV). La primera parte ha investigado un conocido sistema de microalgas, la laguna algal de alta tasa (HRAP), para simplificar su mantenimiento y reducir los costos. Este estudio mostró que la eliminación del tratamiento primario que precede la HRAP no afectó significativamente la eficiencia del tratamiento de aguas residuales. Además, la codigestión con lodo primario podría mejorar significativamente el rendimiento de metano y la cinética de la mono-digestión de microalgas (2382:58 ml en comparación con 1892:25 mL de CH4/g sólidos volátiles (SV)). A continuación, un segundo estudio investigó el cultivo de cianobacterias utilizando concentrado diluido en efluente secundario del sistema HRAP a diferentes proporciones, Los resultados mostraron que el dominio de las cianobacterias era estable en un cultivo mixto con una eficacia efectiva del tratamiento. Además, la biomasa cultivada en estos sistemas podría valorizarse a través de ficobiliproteínas (hasta 17 mg/g de biomasa seca) y la producción de biogás ( de 159-199 ml de CH4/g SV). Por último, se llevó a cabo un tercer estudio que investigó los cultivos unialgal, donde la intensidad de la luz y la composición del medio de crecimiento se optimizaron, y luego se seleccionaron las condiciones para cultivar estas microalgas en las aguas residuales de la industria alimentaria. Se logró un tratamiento eficiente de las aguas residuales y extracción exitosa de ficobiliproteínas (hasta 103 mg/g de biomasa seca). La segunda parte de esta tesis presenta una visión general de los aspectos ambientales asociados con los sistemas de microalgas y las recuperaciones de biomasa. El primer ACV demostró que el sistema HRAP junto con la producción de biofertilizantes e implementado en la región de clima cálido demostró ser la alternativa más respetuosa con el medio ambiente, mientras que la producción de biofertilizantes demostró ser la más viable economicamente que el biogas. Además, los HRAP mostraron un menor impacto ambiental potencial en comparación con un sistema de lodos activados. El segundo ACV indicó que um el sistema de tratamiento de aguas residuales industriales tiene un menor impacto ambiental que el sistema de tratamiento de aguas residuales urbanas en la mayoría de los indicadores ambientales considerados. En conclusión, los resultados obtenidos en esta tesis sugieren que los sistemas de microalgas parecen tener un gran potencial para mejorar la calidad del agua y recuperar recursos valiosos de las aguas residuales. Por lo tanto, en base en los resultados de este estudio y considerando la creciente necesidad de desarrollar biorefinerías, las instalaciones sostenibles a gran escala serían el próximo paso hacia una economía circular.