Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại. Hầu hết các kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới dạng các ion tự do như Cu2+, Pb2+. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi khuẩn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra. Sự hiện diện của các kim loại này ở tế bào vi khuẩn sẽ làm bông bùn nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào trong tế bào vi khuẩn, khi vào trong tế bào vi khuẩn, chúng sẽ tấn công các enzyme. Điều này thường xảy ra ở vị trí nhóm thiol (-SH) trong các amino acid. Khi các enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuẩn. Kim loại nặng không chỉ tấn công vi khuẩn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự do. Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi nhiều ở dòng ra.
Có nhiều chỉ thị để nhận biết trong nước thải có kim loại nặng. Có thể dùng kính hiển vi, chỉ thị sinh học, hóa học. Nếu dùng kính hiển để xem bùn, ta có thể nhận biết sự hiện diện của kim loại nặng khi bùn phát triển phân tán, giảm mật độ hay thay đổi hình dạng bông bùn, thay đổi hoạt động và số lượng trùng tiên mao. Chỉ thị sinh học chính là sự tăng nồng độ oxy hòa tan trong bể sục khí. Ngoài ra ta cũng có thể dùng chỉ thị hóa học như phân tích thành phần amoni, nitric, orthophophat trong nước. Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuẩn khử cBOD và nBOD. Khi có sự hiện diện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các vi khuẩn chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuẩn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao. Do các vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm lại. Nếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ xảy ra sự tích lũy của các
ion nitrit. Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu được kim loại nặng tốt hơn Nitrobacter - vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành nitrat, cho nên nước thải đầu ra có nồng độ cao các ion nitrit trong khi nồng độ các ion nitrat thì thấp. Khi quá trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni không bị oxy hóa trong bể sục khí và được thải ra ngoài. Quá trình khử BOD bị ngưng trệ thì oxy sẽ không được sử dụng cho các hoạt động của vi sinh vật, khi đó nồng độ oxy trong bể aeroten sẽ cao.