کربن و نیتروژن، منابع اصلی آلودگی هستند که در مشکلات کیفیت محیط نقش دارند. طی دهه اخیر، تحقیق در مورد تصفیه فاضلاب، بر افزایش بازدهی دفع نیتروژن کلی با استفاده از فرآیندهای step feed (شامل چندین رآکتور نیترات زایی - نیترات زدایی به طور سری) متمرکز شده است. در این تحقیق فرآیند تغذیه مرحله ای (چهار مرحله ای) برای نیترات زایی و نیترات زدایی جهت تصفیه فاضلاب با استفاده از اطلاعات تصفیه خانه شهر همدان در محیط برنامه نویسی matlab، مدل سازی شد و نتایج آن روی پارامترهایی مثل نرخ تشکیل نیترات، نرخ حذف نیترات، غلظت mlss در هر مرحله، نیترات خروجی و آمونیاک خروجی بررسی گردید. همچنین از روش سطح پاسخ جهت بهینه سازی استفاده شد. مقادیر بهینه سازی ورودی در هر مرحله به صورت 0.2425=q1=0.2578 q2=0.2875 q3= و 0.2275=q4 مشاهده شد. نقش مقادیر پیش بینی شده ورودی در هر مرحله بر روی نیترات و آمونیاک خروجی به ترتیب مقادیر 0.28828±mg/l 5.0663 و mg/l 0.30154 ± 0.18755 نتیجه شد. با قراردادن این مقادیر ورودی بهینه شده در مدل ایجاد شده مقادیر نیترات و آمونیاک خروجی به ترتیب 4.99 و 0.3293 mg/l مشاهده شد. با توجه به نتایج مدل سازی و بهینه سازی مشاهده شد، ورودی در مرحله دوم و سوم بیشترین تاثیر روی پارامترهای نیترات و آمونیاک خروجی دارند. به عبارت دیگر تغییر ورودی دوم و سوم، مطابقت بیشتری برای پارامترهای نام برده با مقادیر سازمان استاندارد ایران با کد 1053، که برای آمونیاک و نیترات خروجی به ترتیب مقادیر کمتر از 5.mg/l 1 و mg/l 50 را اعلام کرده، ایجاد می کند.