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Con el fin de evaluar el desempeño de diferentes alternativas biológicas para el tratamiento del agua residual doméstica del municipio de Cali, se estudiaron a escala de laboratorio diferentes modalidades del sistema de lodos activados (convencional, aireación extendida, estabilización por contacto y adsorción bio-oxidación - sistema A/B) y un sistema de biodiscos. El estudio mostró la potencialidad de los sistemas de lodos activados y biodiscos como alternativas de tratamiento secundario del efluente primario convencional de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Canaveralejo, perteneciente a la ciudad, ofreciendo eficiencias de reducción promedio de DQO, DBO 5 y SST superiores al 80%, cumpliendo con la normatividad colombiana para el vertimiento de agua residual a cuerpos receptores. Entre los sistemas de lodos activados evaluados, las modalidades convencional y estabilizacion por contacto mostraron el menor requerimiento de area comparadas con las modalidades de aireación extendida y A/B; adicionalmente, los inconvenientes operacionales presentados con las modalidades convencional y estabilización por contacto fueron minimizados por su flexibilidad y rápida adaptabilidad a los cambios, siendo las opciones más atractivas como alternativa de tratamiento secundario del agua residual doméstica generada en la ciudad de Cali.