Este estudio tuvo como objetivo mejorar el rendimiento de una planta de tratamiento de aguas residuales (WWTP) simulada con el Modelo de Referencia No. 2 (BSM2). Para lograr este objetivo, se implementaron y probaron tres estrategias de control. La primera estrategia de control tenía como objetivo mantener la concentración de nitrato y nitrito de nitrógeno (S) controlando la tasa de flujo de carbono externo (estrategia A), y la segunda estrategia de control tenía como objetivo mantener el amoníaco y el nitrógeno amoniacal (S) a un nivel deseado con el uso de un controlador en cascada (estrategia A). La tercera estrategia se aplicó para controlar los sólidos suspendidos totales (TSS) (estrategia A). Se consideraron combinaciones de estas estrategias (estrategias B, B y B), así como el uso de las tres juntas (estrategia C). Las estrategias de control presentadas en este documento se compararon con la estrategia de control predeterminada de BSM2 para validar e identificar la que proporcionaba el mejor rendimiento. Los resultados revelaron que la estrategia B fue la más respetuosa con el medio ambiente, mientras que C obtuvo el mejor rendimiento general. Se realizaron varias simulaciones de Monte Carlo para las estrategias de control validadas, para identificar los valores óptimos de consigna. Para la estrategia C, se consideró un segundo método de optimización con respecto a la interpolación polinómica. Los métodos de optimización aplicados proporcionaron los valores de referencia óptimos para los controladores PI (proporcional integral).