The tertiary treatment provided by microalgae is presented as a profitable and promising process, combining the removal of the main nutrients causing eutrophication to the production of valuable biomass. Due to the nonlinear characteristic presented by biotechnological processes, it is possible to model these processes from tools such as Experimental Design and Artificial Neural Networks, and can predict the behavior of the main variables in wastewater treatment processes. The tertiary treatment promoted by the microalgae Chlorella vulgaris showed high nutriente removals, above 70% of phosphate and 99% of ammonium ion. Based on nutrient removal, the process was modeled through two tools, Experimental Design and Artificial Neural Networks. The mathematical model provided by the Experimental Design was representative of the tertiary treatment of sanitary effluent with the C. vulgaris microalgae as a function of the test variables. The optimum performance of the artificial neural network, with R2 of test higher than 0.95 allows the use of this tool in real applications, as in the control system in wastewater treatment plants. In order to promote a sustainable treatment, natural biomass drying was performed, which presented centesimal composition of 29% of soluble carbohydrates, 11% of lipids and 8.7% of proteins. The biomass produced has high added value and can be destined for the production of biofuels or animal feed. Thus, the tertiary treatment of effluent with microalgae is a great alternative for sustainable and lowcost treatment and can be used in wastewater treatment plants. The process aims to reduce the contamination of water resources and eutrophication of the bodies, in addition to the economic and environmental impacts generated by the biomass produced.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO tratamento terciário proporcionado pelas microalgas se apresenta como um processo rentável e promissor, aliando a remoção dos principais nutrientes causadores da eutrofização à produção de biomassa valiosa. Devido à característica não linear apresentada pelos processos biotecnológicos, é possível modelar esses processos a partir de ferramentas como o Planejamento Experimental e as Redes Neurais Artificiais, podendo prever o comportamento das principais variáveis em processos de tratamento de efluentes. O tratamento terciário promovido pela microalga Chlorella vulgaris apresentou altas remoções de nutrientes, acima de 70% de fosfato e 99% de íon amônio. Com base na remoção de nutrientes, realizou-se a modelagem do processo por meio de duas ferramentas: o Planejamento Experimental e as Redes Neurais Artificiais. O modelo matemático fornecido pelo Planejamento Experimental foi representativo do tratamento terciário de efluente sanitário com a microalga C. vulgaris em função das variáveis de teste. Já o ótimo desempenho da rede neural artificial, com R2 de teste superior a 0,95 permite o uso desta ferramenta em aplicações reais, como no sistema de controle em Estações de Tratamento de Efluentes. Com o intuito de promover um tratamento sustentável, realizou-se a secagem natural da biomassa, a qual apresentou composição centesimal de 29% de carboidratos solúveis, 11% de lipídios e 8,7% de proteínas. A biomassa produzida possui alto valor agregado e pode ser destinada para produção de biocombustíveis ou ração animal. Com isso, o tratamento terciário de efluente com microalgas é uma ótima alternativa de tratamento sustentável e de baixo custo, podendo ser utilizado em Estações de Tratamento de Efluentes. O processo visa reduzir as contaminações dos recursos hídricos e eutrofização dos corpos d’água, além dos impactos econômicos e ambientais gerados pela biomassa produzida.São Cristóvão