The necessity to improve the knowledge of wastewater treatment for the elimination of organic matter and nutrients has led to the formulation of several mathematical models with the purpose to reproduce the behaviour of the system. In this sense, the research group CALAGUA has developed the model BNRM1. This model considers not only the activity of the heterotrophic, autotrophic and phosphorus accumulating microorganisms but also takes into account the activity of fermentative microorganisms in the activated sludge process as acidogenic bacteria. The main goal of this work is to performe and adequate simulation of the wastewater treatment process. For this different characterization methods of the organic matter present in the wastewater and the calibration procedure of the BNRM1 model parameters have been studied. A comparative study of the physico-chemical and the respirometric characterization methods has been carried out. The results have shown physico-chemical method provides with an adequate characterization procedure of the biodegradable organic matter being the 0.1 µm a suitable filter size for the wastewater fractionation. The calibration procedure of the BNRM1 model is based on the parameter identification through specific experiments. In this work the improvement of this procedure has been proposed. Firstly, the evolution of the polyhidroxyalcanoate concentration has been considered in the experimental procedure employed for assessing the parameters related to PAO microorganisms in aerobic conditions. Secondly, a sensitivity analysis to the specific experiments was performed in order to develop a better sampling program for each experiment. According to this program the sampling frequency must be increased in the interval of the experiment where the parameters show high sensitivity. In this way the parameter identifiability can be improved.Also, a calibration methodology of the BNRM1 model has been proposed. This procedure is based not only on specific laboratory tests but also takes into account dynamic data of the process. Dynamic experimental data of the process were employed in the identification of those parameters with high influence in the BNRM1 model response and not determined through specific experiments. For this, a sensitivity analysis of the system in steady state has been performed. This analysis has allowed determining the model output more sensitive to parameter perturbations and the parameter subset potentially identifiable from the available experimental data. A good correspondence between experimental and simulated data of the effluent was achieved by perturbing the selected parameters through the sensitivity analysis. The sludge retention time was found to be an important factor in the enhanced biological phosphorus removal. From experimental information obtained in this thesis, the increase of the sludge retention time produced a diminution of the PAO microorganism concentration in the mixed liquor and an increase of GAO microorganisms with the consequent deterioration of the biological phosphorus removal.La necesidad de profundizar en el conocimiento del proceso de depuración biológica de las aguas residuales, para la eliminación de materia orgánica y nutrientes, ha conducido a la formulación de modelos matemáticos que permitan reproducir el comportamiento del sistema. En este sentido, el grupo de investigación CALAGUA ha desarrollado el modelo BNRM1, el cual considera no sólo la actividad de las bacterias heterótrofas, autótrofas y acumuladoras de fósforo sino que además tiene en cuenta la actividad de microorganismos fermentativos en el proceso de fangos activados, como las bacterias acidogénicas. En este trabajo se ha propuesto como objetivo principal lograr una adecuada simulación del funcionamiento de una estación depuradora de aguas residuales. Para ello se ha planteado estudiar la caracterización de la materia orgánica presente en el agua residual y el procedimiento de calibración de los parámetros del modelo BNRM1. En relación al procedimiento de caracterización de la materia orgánica se ha llevado a cabo un estudio comparativo del método de caracterización físico- químico y el respirométrico. De acuerdo a los resultados, el procedimiento físico-químico permite cuantificar de forma adecuada las componentes biodegradables de la materia orgánica. Así también se ha determinado que el tamaño de filtro de 0.1 µm es el más conveniente para separar la componente soluble de la particulada. El procedimiento actual de calibración del modelo BNRM1 se basa en una metodología de identificación de parámetros a través de experimentos específicos en laboratorio. En este trabajo se ha centrado el esfuerzo en estudiar, en primer lugar, de qué forma es posible mejorar este procedimiento basado en los ensayos de laboratorio. Para ello se ha considerado conveniente incorporar la concentración del polímero polihidroxialcanoato, XPHA, en el procedimiento de calibración de las bacterias PAO en condiciones aerobias dado que este polímero juega un papel fundamental en el metabolismo de estos microorganismos. Además, por medio del análisis de sensibilidad se ha desarrollado un plan de muestreo estratégico de los diferentes experimentos de calibración. Este plan propone incrementar la frecuencia de las muestras en el intervalo del experimento donde los parámetros describen una mayor sensibilidad. De esta manera es posible mejorar la identificabilidad de los mismos. Así también, se ha propuesto una metodología de calibración del modelo BNRM1 la cual considera no sólo la información experimental recogida en ensayos específicos sino también datos dinámicos del proceso. Estos datos se han empleado en la identificación de los parámetros más sensibles que no se determinan en los experimentos específicos. Para el desarrollo de esta propuesta se ha incluido un análisis de sensibilidad del sistema en estado estacionario. Este análisis ha permitido seleccionar las variables más sensibles a las perturbaciones de los parámetros. Además, se ha podido determinar el conjunto de parámetros potencialmente identificable a partir de los datos disponibles. Al ajustar los parámetros seleccionados con este procedimiento ha sido posible representar en forma adecuada los datos dinámicos del efluente.Finalmente, se ha observado que la edad de fango ejerce una influencia muy importante en el proceso de eliminación de fósforo. A partir de la información experimental recogida en esta tesis se ha apreciado un aumento de la población de bacterias GAO y una disminución de la concentración de bacterias PAO cuando se incrementa el tiempo de retención celular del sistema.