El constante crecimiento de la población mundial demanda cada vez más recursos y causa una mayor huella en el medio natural debido a las actividades antrópicas, sobreexplotando el entorno. En este contexto, la contaminación ambiental ha deteriorado multitud de ambientes naturales, de entre los cuales las aguas son de especial preocupación por la importancia que tienen como recurso indispensable para la vida. Dentro del amplio espectro de contaminantes que llegan a las aguas, los microplásticos han sido identificados como uno de los contaminantes más preocupantes debido a su ubicuidad, su alta resistencia a la degradación y su persistencia en el medio ambiente, presentando además una alta movilidad entre compartimentos. Estos microcontaminantes encuentran una de las principales vías de acceso a las aguas a través de las estaciones depuradoras de aguas residuales, a las que llegan procedentes del consumo diario de materiales plásticos por el ser humano. En la presente Tesis Doctoral se ha abordado la problemática de la presencia de microplásticos en las aguas residuales que llegan a las estaciones de depuración convencionales, las cuales, a pesar de ser una eficaz barrera de contención para estos contaminantes, no consiguen retirarlos en su totalidad. Por ello, se ha propuesto la aplicación de tratamientos avanzados antes del vertido del agua al medio para tratar de conseguir una mayor retirada de microplásticos, concretamente, tratamientos de filtración intermitente con lechos porosos de arena y coque de petróleo y tratamientos con membranas de microfiltración y ultrafiltración. Esta Tesis se presenta como compendio de publicaciones, con un total de cuatro artículos en los que se han recogido los resultados más importantes obtenidos en los estudios llevados a cabo. En primer lugar, se realizó una caracterización inicial de las aguas residuales de la planta depuradora de Medina Sidonia, en la provincia de Cádiz, para conocer la cantidad de microplásticos que llegan a ella y la que queda tras los tratamientos que se aplican al agua. Adicionalmente, se estudió la influencia de algunos factores como el momento y método del muestreo en la cantidad de microplásticos encontrada en el agua residual. Se encontraron hasta 744,40 MPs/L en el agua de entrada de la planta y hasta 47,64 MPs/L en el agua de salida y, a pesar de que la planta presentó una eficacia de retirada de estos contaminantes de hasta el 98,54 %, los microplásticos encontrados en el efluente que se vierte al medio pusieron de manifiesto la necesidad de aplicar los tratamientos avanzados propuestos para mejorar la depuración de estos compuestos. Seguidamente, se realizaron ensayos en condiciones controladas de laboratorio mediante la construcción de filtros de arena y de coque para conocer la efectividad del tratamiento en agua potable a la que se le añadieron microplásticos de polipropileno y en agua residual real procedente de la salida del decantador secundario de la depuradora de Medina Sidonia. Se encontró que el tratamiento reducía en hasta un 89,56 % los microplásticos presentes en agua potable y en hasta un 92,79 % en el agua residual, reduciéndose esta eficacia a medida que disminuye el tamaño de los microplásticos. El filtro de coque fue el que mejor rendimiento presentó en todos los casos. Tras los prometedores resultados obtenidos en este estudio, se construyó una planta piloto con los mismos tipos de filtros empleados con anterioridad y se pusieron a prueba trabajando en condiciones reales de planta, estudiando la influencia de parámetros de operación en la eficacia del tratamiento. Se redujo la cantidad de microplásticos presentes en el agua residual en hasta un 98,26 %, siendo el filtro de arena y coque la opción más recomendable considerando la relación entre el coste de construcción y mantenimiento y la eficacia obtenida. Finalmente, se instaló una planta piloto de membranas a la salida del decantador secundario de la estación depuradora de Medina Sidonia para estudiar la eficacia de dos membranas de microfiltración y ultrafiltración en la retirada de microplásticos. Ambas membranas mostraron un rendimiento muy similar, consiguiendo retirar más del 99 % de los microplásticos del agua, recomendando la utilización de un tipo de membrana u otro en función de otros factores como el coste, las características del agua residual o el tipo de uso que se le quiera dar al agua tras el tratamiento.