[en] ABSTRACT: The combination of microbial growth of the MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) process in biofilm and in suspension allows improving the efficiency and consequently the operation costs of wastewater treatment plants (WWTP). In addition, due to the low space requirements of MBBR technology, this type of reactors can be installed in WWTP that require increasing its biological treatment capacity and/or water quality of the effluent in situations with limited space. BAS (Biofilm Activated Sludge) process combines MBBR and Activated sludge process that allows process improvement due to the role of predator microorganisms. This thesis is structured in nine chapters. In Chapter 1, the general concepts of biological treatment based on the metabolic activity of microorganisms and the basics of mathematical modeling of a WWTP are presented. Chapter 2 describes the industrial WWTP studied and the methodology used. In chapter 3, the fractionation methods of the organic material is detailed and applied to the experimental data. In Chapters 4, 5 and 6, the MBBR and BAS processes are simulated at industrial scale, analyzing the influence of organic load on the microbial distribution and the effect of predator microorganisms on operational costs. A comparative analysis of simulation models is carried out in chapter 7 and a novel methodology of optimization of the BAS process is presented in chapter 8 combining economic, technical and environmental evaluation criteria. Finally, Chapter 9 provides the conclusions, suggestions, future work and main contributions of this thesis.

[es] RESUMEN: La tecnología de biopelícula de lecho móvil MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) combina procesos biológicos de biopelícula y en suspensión. Debido al pequeño volumen requerido del reactor, esta tecnología permite ser implantada en estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) que requieran aumentar su capacidad de tratamiento y/o la calidad del agua depurada, en situaciones de escasez de espacio, reduciendo los costes de operación. El proceso BAS (Biofilm Activated Sludge) combina los reactores MBBR con los reactores de fangos activos, siendo decisivo en el proceso, el rol de los microorganismos depredadores. Esta Tesis Doctoral se estructura en nueve capítulos. En el capítulo 1, se presentan los conceptos generales del tratamiento biológico basado en la actividad metabólica de los microorganismos y los fundamentos del modelado matemático de una EDAR. El capítulo 2, describe la EDAR industrial de estudio y la metodología utilizada. En el capítulo 3, se detalla el método de fraccionamiento del material orgánico y su aplicación a un histórico de datos experimentales. En los capítulos 4, 5 y 6, se lleva a cabo la simulación de los procesos MBBR y BAS a escala industrial, analizando la influencia de la carga orgánica en la distribución microbiana y el efecto de los microorganismos depredadores en los costes operacionales. En los capítulos 7 y 8 se realiza un análisis comparativo de modelos de simulación y se presenta una novedosa metodología de optimización del proceso BAS, combinando criterios de evaluación económicos, técnicos y medioambientales. Finalmente, en el capítulo 9, se presentan las conclusiones, sugerencias, trabajo futuro y principales contribuciones de la presente Tesis Doctoral.