El reúso del agua residual tratada es una fuente alternativa para sustituir la demanda de agua dulce y evitar la sobreexplotación del acuífero del valle de San Luis Potosí. El objetivo de este trabajo fue evaluar el proceso biológico de lodos activados de una Planta Tratadora de Aguas Residuales (PTAR) empleando el software de modelado y simulación GPS-X. El agua residual tratada se reúsa en empresas del giro industrial. En este estudio, se evaluó la operación actual de la PTAR (lodos activados tipo contacto/estabilización) y se propusieron nuevos escenarios de tratamiento tomando en cuenta los parámetros típicos de diseño (F/M y MLSS) y la normativa mexicana en descarga de aguas residuales (DBO5, NTOTAL y SST). Con la calibración del modelo actual, se tuvo una concentración en el efluente de 5.94, 27.96 y 11.18 mg/L para DBO5, NTOTAL y SST, respectivamente. En los reactores de contacto 1 y 2 se tuvo una F/M alta de 4.26 y 4.82 kgDBO5/kgMLSSV·d y para el reactor de estabilización una concentración de 10780 mgMLSS/L, relacionados con una baja sedimentación en los clarificadores secundarios. Por ello, se realizaron modificaciones de flujos de recirculación para mejorar los parámetros operacionales y la configuración de un reactor anóxico para mejorar la remoción de NTOTAL. Con el primer modelo se logró una F/M dentro del rango operacional típico 0.2–0.6 kgDBO5/kgMLSSV·d. Y para el segundo se aumentó la remoción de NTOTAL del 45% al 68.7%, cumpliendo con los límites permisibles de la norma.