Los nitratos y fosfatos llegan a las aguas residuales junto con los desechos domésticos e industriales, específicamente los detergentes. Ambas sustancias se consideran parte de los ciclos químicos del nitrógeno y el fósforo. Sin embargo, estos ciclos se ven interrumpidos por las actividades de los seres humanos, ya que los ecosistemas acuáticos no pueden procesar las crecientes cantidades de nitratos y fosfatos; en consecuencia, estas sustancias se transforman de nutrientes beneficiosos en contaminantes. El tratamiento de aguas residuales implica el uso de equipos y microorganismos únicos, como microalgas que consumen nitratos y fosfatos.
Biotecnólogos de la Universidad RUDN junto con sus colaboradores de MSU y el Instituto Kurchatov han diseñado un filtro de biopolímero sobre el que se pueden fijar microalgas beneficiosas. El polímero está basado en quitosano, es biodegradable, seguro para las algas y atrapa los elementos químicos de las aguas residuales de manera más eficiente en comparación con sus equivalentes actuales.
El quitosano, un polisacárido, contiene grupos amino y tiene una composición química bastante similar a la de la quitina que se encuentra en las paredes celulares de los hongos y las costras de los mariscos. El quitosano no es soluble en agua y, por lo tanto, se puede utilizar para el cultivo de algas, pero es biodegradable.
Mediante el empleo de una metodología original ideada en el Instituto Kurchatov, se reticuló con moléculas de glutaraldehído y, por lo tanto, se transformó en un polímero biocompatible robusto. Luego, los investigadores cultivaron la cepa IPPAS C-2047 del alga Lobosphaera incisa durante un período de siete días.
Sobre la base de los resultados obtenidos del experimento de siete días de duración, los investigadores llegaron a la conclusión de que un complejo de células de microalgas y un polímero a base de quitosano con una masa molecular total de 600 kDa era más eficaz en comparación con un masa molecular de 250 kDa.
Las algas en el filtro pudieron capturar los nutrientes de manera más efectiva en comparación con las que estaban suspendidas en las aguas residuales: en particular, consumieron nitratos 1,3 veces y fosfatos 16,7 veces más rápido.
Los biofiltros de quitosano que ya se han utilizado podrían reutilizarse como fertilizantes. A medida que pasa el tiempo, el quitosano se degrada sin dañar el entorno y las algas sirven como fuente de nitratos y fosfatos recolectados para las plantas.