Sistemas de tratamento de efluentes envolvendo reatores com biofilme se tornaram atrativos devido às suas inúmeras vantagens quando comparados aos demais processos. A modelagem desses reatores é relativamente complexa, pois deve admitir a existência de diferentes fases, zonas distintas no biofilme, variações na espessura do biofilme, cinética microbiana entre vários outros aspectos. O respectivo trabalho trata da modelagem de sistemas de reatores MBBR na remoção de matéria orgânica e compostos nitrogenados de efluentes. A validação do modelo proposto a partir de uma planta de bancada permitiu o estudo do comportamento dinâmico das espécies envolvidas no sistema juntamente com a análise espacial desses componentes no biofilme. A otimização do sistema proposto foi abordada em um aspecto econômico, ao determinar o menor custo envolvido na implantação duas unidades: uma para tratamento de efluente municipal e outra para tratamento de efluente industrial.