Acido-performico-como-desinfectante-para-el-tratamiento-de-agua-con-distinta-calidad-microbiologica-comparacion-con-cloro-y-acido-peracetico

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
 
 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
 
ÁCIDO PERFÓRMICO COMO DESINFECTANTE PARA EL TRATAMIENTO DE 
AGUA CON DISTINTA CALIDAD MICROBIOLÓGICA: 
COMPARACIÓN CON CLORO Y ÁCIDO PERACÉTICO. 
 
 
 
 
 
 
 
T E S I S 
 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: 
 
INGENIERO QUÍMICO 
 
 
 
P R E S E N T A : 
 
 
 
MARÍA JOSÉ CÓRDOVA CERVANTES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 México, D.F. 2012 
http://depa.pquim.unam.mx/logos/images/fullsize/fq.JPG
 
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Tesis Digitales 
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JURADO ASIGNADO 
 
 
 
Presidente: RODOLFO TORRES BARRERA. 
 
Vocal: VÍCTOR MANUEL LUNA PABELLO. 
 
Secretario: ALMA CONCEPCIÓN CHÁVEZ MEJÍA. 
 
1
er.
 Suplente: MARÍA RAFAELA GUTIÉRREZ LARA. 
2
do.
 Suplente: ALFONSO DURAN MORENO. 
 
 
 
 
 
Lugar donde se realizó la tesis: INSTITUTO DE INGENIERÍA 
 
 
 
 
ASESORA DE TESIS: DRA. ALMA CONCEPCIÓN CHÁVEZ MEJÍA. _____________________________ 
 
 
 
 
SUPERVISORA TÉCNICA: M. EN C. CATALINA MAYA RENDÓN. _____________________________ 
 
 
SUSTENTANTE: MARÍA JOSÉ CÓRDOVA CERVANTES. _____________________________
 
 
i 
 
Índice. 
 
Resumen ........................................................................................................................................................ 1 
Introducción. ................................................................................................................................................. 3 
Hipótesis ........................................................................................................................................................ 6 
Objetivo. ........................................................................................................................................................ 6 
1 Antecedentes. ....................................................................................................................................... 7 
2 Marco teórico ........................................................................................................................................ 9 
2.1 Legislación. ....................................................................................................................................... 9 
2.1.1 Agua Residual ........................................................................................................................ 9 
2.2 Microorganismos seleccionados para el estudio. .......................................................................... 14 
2.2.1 Coliformes Fecales............................................................................................................... 15 
2.2.2 Salmonella spp. ................................................................................................................... 16 
2.2.3 Clostridium perfringens. ...................................................................................................... 17 
2.3 Oxidantes químicos. ....................................................................................................................... 18 
2.3.1 Cloro. ................................................................................................................................... 19 
2.3.2 Ácido peracético (APA). ....................................................................................................... 23 
2.3.3 Ácido Perfórmico. ................................................................................................................ 28 
2.4 Reacciones de oxido reducción. ..................................................................................................... 34 
3 Metodología. ....................................................................................................................................... 38 
3.1 Puntos de muestreo y colección de muestras. .............................................................................. 39 
3.2 Preparación del efluente fisicoquímico tipo primario avanzado (TPA). ......................................... 42 
3.3 Caracterización de muestras. ......................................................................................................... 44 
3.4 Preparación de Ácido Perfórmico al 10%. ...................................................................................... 47 
3.5 Pruebas de desinfección. ................................................................................................................ 48 
3.5.1 Primera etapa: eficiencia en la disminución de la densidad bacteriana a distintas dosis de 
desinfectante. ...................................................................................................................................... 49 
3.5.2 Segunda etapa: Efecto del tiempo de contacto durante la desinfección con ácido 
perfórmico. .......................................................................................................................................... 50 
3.5.3 Tercera etapa: Recrecimiento bacteriano. .......................................................................... 51 
3.6 Determinación de los residuales de la desinfección. ..................................................................... 52 
3.6.1 Cloro .................................................................................................................................... 52 
 
 
ii 
 
3.6.2 Perácidos orgánicos. ............................................................................................................ 53 
4 Resultados. .......................................................................................................................................... 57 
4.1 Primera etapa: Efecto de la dosis de desinfectante sobre la disminución de la población 
bacteriana. .................................................................................................................................................. 57 
4.1.1 Caracterización fisicoquímica y bacteriológica previa a la desinfección. ........................... 57 
4.1.2 Pruebas de desinfección ..................................................................................................... 59 
Tabla 21. Datos de reducción de microorganismos obtenidos de la literatura. ................................ 68 
4.1.3 Residuales de la desinfección. ............................................................................................. 69 
4.1.4 Potencial de oxidorreducción.............................................................................................. 71 
4.2 Segunda etapa: Efecto del tiempo de contacto durante la desinfección con ácido perfórmico. .. 72 
4.2.1 Caracterización microbiológica y fisicoquímica previa a la desinfección. ........................... 72 
4.2.2 Pruebas de desinfección. .................................................................................................... 73 
4.2.3 Subproductos de desinfección, segunda etapa. ................................................................. 76 
4.3 Tercera etapa: recrecimiento bacteriano.......................................................................................78 
4.3.1 Caracterización microbiológica y fisicoquímica previa a desinfección. .............................. 79 
4.3.2 Resultados microbiológicos de reactivación en presencia y ausencia de luz. .................... 80 
4.3.3 Subproductos de desinfección de perácidos orgánicos y cloro. ......................................... 88 
5 Conclusiones........................................................................................................................................ 91 
6 Referencias. ......................................................................................................................................... 92 
Anexo I .......................................................................................................................................................... 1 
Anexo II......................................................................................................................................................... 8 
Anexo III ..................................................................................................................................................... 13 
 
 
 
 
iii 
 
Índice de tablas. 
 
Tabla 1. Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y sus límites máximos permisibles microbiológicos en 
cuanto al tipo de descarga. .............................................................................................................. 13 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de la desinfección con cloro. Adaptado: USEPA, 1999a. ........................... 22 
Tabla 3. Características fisicoquímicas del ácido peracético al 5%. .............................................................. 24 
Tabla 4. Propiedades del ácido perfórmico. ................................................................................................. 29 
Tabla 5. Potenciales redox ordenados (Harris, 2007). .................................................................................. 36 
Tabla 6. Volúmenes muestreados para cada etapa. ..................................................................................... 42 
Tabla 7. Métodos analíticos empleados para la caracterización fisicoquímica. ........................................... 45 
Tabla 8. Métodos analíticos empleados para la caracterización biológica. .................................................. 46 
Tabla 9. Dosis aplicadas de los desinfectantes de acuerdo al tipo de matriz. .............................................. 50 
Tabla 10. Tiempo de contacto consignado a cada matriz. .............................................................................. 50 
Tabla 11. Condiciones del proceso para pruebas de recrecimiento. Dosis y tiempo de contacto. ................ 51 
Tabla 12. Caracterización microbiológica de las matrices previa a la desinfección, comparación con E.U. .. 58 
Tabla 13. Caracterización fisicoquímica. ......................................................................................................... 58 
Tabla 14. Dosis optima de desinfectante para ARC para producir un efluente con 3 U log de coliformes 
fecales .............................................................................................................................................. 61 
Tabla 15. Dosis para inactivación de cF, S.spp. y C. perfringens. .................................................................... 62 
Tabla 16. Dosis de desinfectante necesaria para alcanzar 3 U log de Coliformes Fecales en EF-FQ. ............ 64 
Tabla 17. Dosis para inactivación de CF, Salmonella spp. y Clostridium perfringens. .................................... 64 
Tabla 18. Dosis de desinfectante necesaria para alcanzar 3 U log de coliformes fecales en EF-SEC. ........... 66 
Tabla 19. Dosis de desinfectante necesaria para alcanzar 3 U log de coliformes fecales en EF-SEC. ........... 67 
Tabla 20. Datos de reducción de microorganismos obtenidos de la literatura. ............................................ 68 
Tabla 21. Caracterización fisicoquímica de los efluentes estudiados. ............................................................ 73 
 
 
iv 
 
Tabla 22. Caracterización microbiológica de las tres matrices. ...................................................................... 73 
Tabla 23. Resultados referidos la segunda etapa experimental. .................................................................... 77 
Tabla 24 Dosis de desinfectante. .................................................................................................................... 78 
Tabla 25. Caracterización fisicoquímica y concentración de coliformes fecales en ARC y EF-SEC. ................ 79 
Tabla 26. Reducción de la concentración de subproductos de perácidos y cloro en efluente secundarios. . 88 
Tabla 27. Concentración de subproductos específicos para cada desinfectante en las tres matrices. ......... 90 
 
 
 
 
v 
 
Índice de figuras. 
 
Figura 1. Escherichia coli: Mountain Laboratories, NIAID, NIH Source....................................................... 15 
Figura 2. Salmonella typhimurium: Max Planck Institute for Infection Biology. ........................................ 16 
Figura 3. Clostridium perfringens: eye of science/science photo library ................................................... 17 
Figura 4. Estructura molecular del ácido peracético. ................................................................................. 23 
Figura 5. Mecanismos de acción del ácido peracético sobre las bacterias (Kemper, 2010). ..................... 26 
Figura 6. Reacción entre la membrana bacteriana y una molécula de APA (adaptado de Lehninger, 
2006). ........................................................................................................................................... 27 
Figura 7. Estructura molecular del ácido perfórmico. ................................................................................ 28 
Figura 8. Mecanismo de peroxidación lipídica (Adaptado de Lehninger, 2006)........................................ 32 
Figura 9. Mecanismos de acción del APF sobre membranas biológicas (Armstrong y Bennett, 
1982). ........................................................................................................................................... 33 
Figura 10. Metodología empleada durante las tres etapas. ....................................................................... 39 
Figura 11. a) sitio de muestreo del influente (lado sur) b) sitio de muestreo del efluente ....................... 40 
Figura 12. Localización de los puntos de muestreo dentro de la planta. ................................................... 41 
Figura 13. Preparación del efluente fisicoquímico (EF-FQ) mediante pruebas de jarras. ........................ 43 
Figura 14. Sension pH/ISWE ........................................................................................................................ 44 
Figura 15. Espectrofotómetro DR-5000 ...................................................................................................... 44 
Figura 16. Síntesis de ácido perfórmico (APF) ............................................................................................ 47 
Figura 17. Pruebas de desinfección, Flocculator 2000. .............................................................................. 48 
Figura 18. Pocket colorimeter, HACH. ........................................................................................................ 52 
Figura 19. Vire de indicador de ferroína. .................................................................................................... 54 
Figura 20. Vire de indicador, de marrón a rojo. .......................................................................................... 55 
Figura 21. Variación de la DQO y COD. ......................................................................................................59 
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file:///C:\Users\MCordovaC\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary%20Internet%20Files\Low\Content.IE5\RYSQ6R20\Tesis%5b1%5d%5b1%5d%5b1%5d.docx%23_Toc320273322
file:///C:\Users\MCordovaC\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary%20Internet%20Files\Low\Content.IE5\RYSQ6R20\Tesis%5b1%5d%5b1%5d%5b1%5d.docx%23_Toc320273323
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vi 
 
Figura 22. Decaimiento de microorganismos vs dosis de desinfectante. (ARC) ........................................ 61 
Figura 23. Decaimiento de microorganismos vs dosis de desinfectante (EF-FQ) ....................................... 63 
Figura 24. Decaimiento de microorganismos vs dosis de desinfectante (EF-SEC) ..................................... 65 
Figura 25. Residuales de perácidos orgánicos. ........................................................................................... 69 
Figura 26. Residuales de cloración. ............................................................................................................. 70 
Figura 27. Variación del potencial redox. ................................................................................................... 71 
Figura 28. Efecto del tiempo de contacto en la remoción de microorganismos en ARC. .......................... 74 
Figura 29. Residuales de perácidos orgánicos. ........................................................................................... 76 
Figura 30. Recrecimiento en presencia de luz solar para APF en EF-SEC. .................................................. 81 
Figura 31. Recrecimiento en ausencia de luz solar para APF en EF-SEC ..................................................... 82 
Figura 32. Recrecimiento en presencia de luz solar para APA en EF-SEC. .................................................. 84 
Figura 33. Recrecimiento en ausencia de luz solar para APA en EF-SEC. ................................................... 85 
Figura 34. Recrecimiento en presencia de luz solar para Cloro en EF-SEC. ................................................ 86 
Figura 35. Recrecimiento en ausencia de luz solar para Cloro en EF-SEC. ................................................. 87 
Figura 36. Residuales de perácidos orgánicos. ........................................................................................... 89 
 
 
Agradecimientos. 
 
A la UNAM 
Por proporcionar las herramientas suficientes para el desarrollo 
académico, profesional y científico de los estudiantes que sabemos 
aprovechar la valiosa oportunidad que tenemos de formar parte ti. 
 
A la Facultad de Química 
Por exigirnos excelencia otorgándonos profesores excelentes. 
 
Al IINGEN 
Por acogerme estos meses facilitándome sus instalaciones y recursos 
para culminar con éxito mi tesis. 
A Kemira 
Por el apoyo económico que recibí durante el desarrollo de mi tesis 
através dos proyectos en conjunto: 
 
1. Estudio de desinfección con ácido perfórmico en tres tipos de 
agua con diferentes calidades. 
2. Nuevos procesos de desinfección para generar agua segura 
en términos microbiológicos. 
 
A mi asesora, Dra. Alma Chávez Mejía. 
Por ser mi directriz durante todo este tiempo. Por confiar en mí y darme 
la oportunidad de formar parte del GTR. 
Trabajar a su lado ha sido una grandiosa experiencia. 
 
 
 
A mis amigos 
Por hacerme reír cuando era necesario, por enojarte conmigo, por 
escucharme, por confiar en mí, gracias querida Adriana, espero 
seguir sumando años a nuestra amistad. 
 
Porque nunca es tarde para comenzar una linda amistad, sin ti los 
detalles finales de mi tesis me hubieran sacado canas verdes; 
gracias por tu apoyo incondicional, te quiero Elena. 
 
 Por darme una segunda oportunidad, la primera impresión no 
siempre es la que cuenta ¿verdad Rodolfo? 
 
Gracias Andrea, César, Enrique, Gabriel, Josele, Polett, porque por 
ustedes fui protagonista de bellos momentos desde el principio de 
la carrera. 
 
 Gracias a todos por las tareas y prácticas en las que me 
ayudaron, gracias por recomendarme maestros y por confiar en mí 
en los trabajos escolares. 
 
 
 
 
Dedicatorias. 
 
A mis padres, Virginia y Arturo 
Gracias a ellos he forjado mi carácter; siempre indispensable para 
culminar una carrera universitaria y vencer cualquier obstáculo que 
se presente en la vida. 
 
Me guiaron con éxito en este arduo camino como estudiante y 
como ser humano, me enseñaron a nunca darme por vencida y 
siempre esforzarme al máximo. 
 
 Me demostraron que en la vida, lo importante es herrar para 
aprender y sembrar para cosechar a su debido tiempo. 
 
Hoy pongo ante ustedes el primer fruto de nuestro esfuerzo, sin 
ustedes jamás lo hubiera logrado. 
Muchas gracias por todo, los amo. 
 
 
A mis hermanos, Fernanda y Sebastián 
Por quererme y tolerarme en los momentos difíciles, reconozco que 
no soy fácil de soportar. 
 Gracias hermanos, este logro, también es de ustedes. 
Los amo. 
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Resumen 1 
 
Resumen 
 
Dada la creciente demanda de recursos hídricos, se ha hecho inevitable el 
reúso de agua residual. Para reutilizar las aguas restauradas de manera 
segura, es importante que estén desinfectadas, pues previene la 
contaminación bacteriana al reducir, en el mejor de los casos inactivar, 
organismos contenidos en ellas. 
La cloración es la práctica más antigua y común, sin embargo, 
actualmente su uso está siendo cuestionado, ya que la materia orgánica 
presente en aguas residuales y tratadas favorece la formación de 
subproductos carcinogénicos. A razón de este inconveniente, es menester 
enfocar recursos en la investigación de alternativas para la desinfección. En 
la presente tesis de licenciatura, se propone el empleo de ácido perfórmico 
(APF), como desinfectante de uso seguro y eficiente, para la reducción del 
contenido bacteriano. 
El estudio consistió en comparar el desempeño del APF en la desinfección 
de tres matrices de agua de distinta calidad fisicoquímica y bacteriológica, a 
temperatura y presión constante; frente a cloro y ácido peracético (APA), 
este último es un ácido carboxílico con propiedades bactericidas empleado 
en la industria alimenticia, farmacéutica y cosmética y de uso relativamente 
emergente en la desinfección del agua. 
La experimentación fue dividida en tres etapas. En las cuales se determinóla dosis óptima del APF, APA y Cl2 (etapa 1); influencia del tiempo de 
contacto con la dosis identificada en la etapa 2 y se evaluó la permanencia 
de la acción desinfectante después de 24, 48 y 72 horas después de 
aplicación de sendo desinfectante, mediante la cuantificación del 
recrecimiento de coliformes fecales, en presencia y ausencia de luz solar 
(etapa 3). 
 
 
Facultad de Química UNAM | Resumen 2 
 
Los resultados obtenidos de las tres etapas, reflejan la gran dependencia 
que existe entre las necesidades de desinfección (dosis y tiempo de 
contacto) con la calidad del agua a desinfectar. Lo que ocasiona que las 
dosis necesarias de APF para las tres matrices fluctúen de 0.5 a 10 mg/L con 
un tiempo de contacto inferior a los 15 min. Valores considerablemente 
menores en comparación con el Cl2, cuya dosis y tiempo de contacto fueron 
superiores a 10 mg/L y 30 min para alcanzar los requerimientos establecidos 
por la normatividad mexicana vigente en materia de reúso agrícola, que 
establece 3 U Log de Coliformes fecales. 
Por lo antes expuesto y aunado a que no se detectaron residuales tóxicos, 
muestra que el APF es una opción factible para la etapa de desinfección y un 
excelente sustituto del cloro. 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Introducción. 3 
 
Introducción. 
 
El desarrollo económico suele implicar la necesidad de disponer de 
recursos hídricos adicionales. Esta creciente demanda, aunada a los grandes 
volúmenes de agua residual generados por la actividad humana y a la 
escasez de agua potable, hacen inevitable el reúso de agua residual, que 
mediante tratamientos específicos, logra recuperar su calidad en distintos 
grados, haciéndola apta para el reúso seguro en otros sectores. 
Sin embargo, estudios epidemiológicos han demostrado que el reúso de 
agua residual manifiesta un importante incremento en los casos de personas 
infectadas por patógenos de origen entérico. En consecuencia, para reutilizar 
las aguas residuales es estrictamente necesario garantizar una calidad 
establecida de agua en el punto de reutilización, en todo momento y 
cualquier condición. Por ello, la desinfección juega el papel más importante 
dentro del proceso de tratamiento de agua residual; pues previene la 
contaminación bacteriana al reducir o en el mejor de los casos, inactivar los 
microorganismos contenidos en ella. 
La desinfección con cloro es la práctica más antigua y común debido a su 
bajo costo; además de que las condiciones de diseño y operación son 
ampliamente conocidas, tanto para las plantas potabilizadoras como para las 
de aguas residuales (Haas, 1986; Levine et al., 1990). No obstante, hoy en 
día se cuestiona su empleo, por la formación de subproductos como los 
trihalometanos (THM), los ácidos haloacéticos (HAA) y las cloraminas, todos 
ellos carcinogénicos, al entrar en contacto con la materia orgánica presente en 
el agua (Fayyad and Al-Sheikh, 2001; Jiménez et al., 2006). 
Como consecuencia el efluente clorado debe ser tratado químicamente para 
remover estos subproductos, lo que aumenta la complejidad y costo del 
proceso. Por ambas razones, es imperativo realizar estudios para determinar 
la viabilidad de nuevos métodos de desinfección, entre los que se 
 
Facultad de Química UNAM | Introducción. 4 
 
encuentran el empleo de ácidos orgánicos, como es el caso del ácido 
peracético, el cual posee importantes ventajas: ser biodegradable, no 
generar residuales tóxicos, es buen desinfectante con amplio espectro de 
actividad antimicrobiana, presenta poca dependencia con respecto al pH, 
requiere de corto tiempo de contacto en comparación con la cloración y 
presenta buen desempeño durante el proceso de desinfección a bajas 
temperaturas (Kitis, 2003). 
El objetivo del presente proyecto de tesis fue proponer el empleo de un 
ácido orgánico fuerte, ácido perfórmico (COOOH2). Como desinfectante de 
amplio espectro; que dada su estructura molecular, promete mejores 
resultados en la reducción de microorganismos que el cloro (Cl2) y su 
homólogo, el ácido peracético (C2OOOH4); considerando la calidad alcanzada 
en diversos procesos de tratamiento con el objetivo de optimizar el proceso 
de desinfección en términos de eficiencia, la mínima concentración de 
subproductos y la máxima remoción lograda de coliformes fecales, 
Salmonella spp. y Clostridium perfringens. El desarrollo y resultados 
obtenidos de este trabajo experimental, se exponen en 5 capítulos de la 
siguiente forma: 
El origen e importancia de la desinfección, así como la situación actual de 
la cloración del agua; se ven reflejadas en el Capítulo 1. En el cual se 
expone además, la razón principal por la cual la cloración es una tecnología 
que presenta grandes inconvenientes. 
En el Capítulo 2, se explican los fundamentos teóricos en referencia a la 
oxidación química con cloro, ácido peracético y ácido perfórmico; entre los 
puntos mencionados están sus propiedades fisicoquímicas, sus ventajas y 
desventajas, así como sus respectivas reacciones en medio acuoso y su 
reactividad frente a la materia orgánica. Adicionalmente se incluye la 
legislación Mexicana en materia de agua, así como las características de los 
microorganismos estudiados. 
 
Facultad de Química UNAM | Introducción. 5 
 
La metodología se presenta en el Capítulo 3. En ella se incluyen los puntos 
de muestreo y la colección de muestras; la preparación del efluente primario 
avanzado, la caracterización fisicoquímica y bacteriológica de los efluentes 
antes y después de la desinfección, la preparación de los reactivos y las 
medidas concernientes a cada etapa de la experimentación. Además, se 
presentan las técnicas utilizadas para la cuantificación de residuales de 
desinfección. 
Los resultados y su correspondiente análisis son detallados en el Capítulo 
4 para una mayor compresión se dividen por etapas, en las cuales se 
presentan los resultados de la caracterización bacteriológica y fisicoquímica 
de los efluentes, previos a la desinfección. Los resultados bacteriológicos de 
cada efluente para los tres desinfectantes y la concentración de los 
residuales de desinfección obtenidos. 
Por último, las conclusiones obtenidas después del trabajo bibliográfico, 
experimental y del análisis de los resultados, son expuestas en el Capítulo 5. 
 
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Hipótesis 6 
 
Hipótesis 
 
 
Es posible que el ácido perfórmico (APF), al ser este un ácido orgánico 
fuerte, sea capaz de reducir la materia orgánica y que dada su estructura 
molecular, logre mejores resultados en la reducción de la actividad 
bacteriana presente en aguas de distinta calidad frente al cloro y su 
homólogo, el ácido peracético. 
 
 
 
Objetivo. 
 
 
Objetivo general 
 
Evaluar el efecto desinfectante del ácido perfórmico frente al ácido 
peracético y cloro en la depuración de agua residual cruda, efluente 
fisicoquímico y efluente secundario, a partir de la cuantificación de la 
remoción de coliformes fecales, Salmonella spp. y Clostridium perfringens. 
 
Objetivos particulares 
 
1. Comparar la concentración de residuales de desinfección de los tres 
agentes desinfectantes. 
2. Establecer las variables de operación: 
 Dosis óptima de sendo desinfectante. 
 Tiempo de contacto a la dosis establecida. 
3. Permanencia de la acción desinfectante después de 24, 48 y 72 hrs de 
aplicación, en presencia y ausencia de luz solar. 
 
Facultad de Química UNAM | Antecedentes. 7 
 
1 Antecedentes. 
 
En tiempos remotos, las pestes e infecciones eran atribuidas a demonios y 
espíritus malignos. Sin embargo, gracias a la perspicacia y a la experiencia, 
la humanidad logró controlarlas moderadamente; como es caso de los 
Persas, 450 a. C., ya que sabían que el agua debía ser almacenada en 
recipientes de cobre o plata y no en barro, pues perdía su condición de 
potabilidad.Así mismo, Aristóteles recomendó a Alejandro Magno hervir el 
agua antes de beberla para evitar que la tropa enfermera (Apao, 2009). 
Con la formación de ciudades, el incremento demográfico y una 
inadecuada higiene, viene la aparición de enfermedades de transmisión 
hídrica que desencadenaron pandemias, como es el caso de la epidemia de 
cólera en Londres, en el año de 1854; donde gracias a las investigaciones de 
John Snow y John York se demostró que los organismos causantes eran 
transmitidos por el agua. Para remediar este problema, los sistemas de 
abastecimiento fueron tratados con cloro en forma de hipoclorito (Cerda y 
Valdivi, 2007). Al resultar efectivo, se optó por la cloración continua, la cual 
se hizo presente desde los primeros años del siglo XX en Gran Bretaña, 
donde su aplicación redujo considerablemente las muertes por tifoidea. 
En 1908, la cloración también comenzó a emplearse en los Estados 
Unidos, dicha acción logró reducir los casos de cólera, tifoidea, disentería y 
hepatitis A. Un año después, en New Jersey, con el interés de mejorar la 
salud pública, la cloración se vuelve una etapa obligada en las plantas de 
tratamiento de aguas para consumo humano (Vázquez, 2011). Actualmente, 
la desinfección es la última operación unitaria del tratamiento de agua 
residual y potable; tiene como objetivo la inactivación de microorganismos 
presentes en el medio para minimizar la probabilidad de transmisión hídrica 
de enfermedades (Haas, 1990), garantiza la calidad de la misma y asegura 
que sea inocua para la salud del consumidor, ya que genera un residual con 
 
Facultad de Química UNAM | Antecedentes. 8 
 
alto poder desinfectante, cloro libre, el cual mantiene la asepsia del agua 
hasta el punto de consumo. 
Además de ser la más antigua, la desinfección con cloro resulta ser la más 
frecuente debido a su bajo costo y fácil manejo durante el proceso. 
Usualmente es utilizado cloro gas (Cl2) y dióxido de cloro (ClO2). Sin 
embargo, en la actualidad su empleo es cuestionado debido a que algunas 
de las reacciones de cloro con el material orgánico generan compuestos 
orgánicos malolientes y de carácter cancerígeno, entre ellos destacan los 
trihalometanos, los cuales causan tumores malignos en el colon y vejiga, así 
como también daños en el hígado y a los riñones (Vázquez, 2011). 
A su vez, el residual de cloro da origen a otros subproductos perjudiciales 
como son los compuestos orgánicos volátiles, ácidos cloroacéticos, cloritos y 
cloruro de cianógeno. Por lo que el efluente desinfectado debe ser tratado 
químicamente para remover los subproductos dañinos generados, lo que 
aumenta la complejidad y costo del proceso. 
Lo anterior da origen a la necesidad de estudiar tecnologías innovadoras 
que permitan la máxima remoción de patógenos pero con la mínima 
toxicidad residual. Este proyecto de tesis, precisamente refleja esta 
necesidad al proponer el empleo de un ácido orgánico fuerte, el ácido 
perfórmico (COOOH2), como desinfectante de amplio espectro; que dada su 
estructura molecular, promete mejores resultados de inactivación de 
microorganismos que el cloro y su homólogo, el ácido peracético (C2OOOH4), 
ácido orgánico fuertemente oxidante que ha sido aprovechado como 
desinfectante de amplio espectro, ya que acaba con bacterias, virus, hongos 
y esporas (Kitis, 2004); en la industria alimenticia y como sanitizante de 
instrumental médico y superficies en clínicas y hospitales. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 9 
 
2 Marco teórico 
 
2.1 Legislación. 
 
La calidad del agua no es un criterio completamente objetivo, pero está 
socialmente definido y depende del uso final, por lo que para cada caso, se 
requiere una determinada norma de calidad. Además, está afectada por 
diversos factores como los usos del suelo, la producción industrial y agrícola, 
el tratamiento que se le da antes de ser vertida nuevamente a los cuerpos 
de agua y la cantidad misma de agua de los ríos y lagos, ya que de ésta 
depende su capacidad de purificación (SEMARNAT, 2002). 
La mayoría de los cuerpos de agua superficiales del país reciben descargas 
de aguas residuales sin tratamiento, lo que ocasiona distintos niveles de 
contaminación (SEMARNAT, 2002). Por esta razón, surge la necesidad de 
regular la calidad de las descargas, así como las especificaciones sanitarias 
de agua potable para consumo humano. 
 
2.1.1 Agua Residual 
 
Las aguas restauradas constituyen un recurso no convencional de agua 
que se ha desarrollado en años recientes; no obstante, para poder reusar 
este recurso, son necesarias tecnologías de desinfección adecuadas y 
estudios previos detallados que aseguren que el empleo de agua residual 
tratada no represente ningún riesgo para la salud (Salgot y Folch, 1996). 
La descarga de agua residual es clasificada en industrial y municipal. La 
primera es descargada directamente a los cuerpos receptores de propiedad 
nacional, como es el caso de la industria autoabastecida; mientras que la 
segunda es manejada en los sistemas de alcantarillado municipal y urbano. 
Para asegurar la calidad del agua en nuestro país, se han implantado 
dentro de la legislación mexicana dos normas, NOM-001-SEMARNAT-1996 y 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 10 
 
NOM-002-SEMARNAT-1996, donde se establece los límites máximos 
permisibles de contaminantes en la descarga de agua residual en aguas y 
bienes nacionales, y sistemas de alcantarillado urbano y municipal, 
respectivamente. Mientras que en una tercera norma, NOM-003-SEMARNAT-
1997, se establece los límites máximos permisibles de contaminantes para 
aguas residuales tratadas que se reusen en servicios al público. 
 
- NORMA OFICIAL MEXICANA, NOM-001-SEMARNAT-1996. 
En ella se establecen los límites máximos permisibles de 
contaminantes en las descargas de aguas residuales en aguas y bienes 
nacionales. 
 Objetivo y campo de aplicación: Proteger la calidad del agua 
y posibilitar su uso, siendo de observancia obligatoria para los 
responsables de dichas descargas. No se aplica a las descargas de 
aguas provenientes de drenajes separados de aguas pluviales. 
 Especificaciones: La concentración de contaminantes básicos, 
metales pesados y cianuros, no debe exceder el límite máximo 
permisible indicado en la Norma Oficial Mexicana. Además, el rango 
aceptable de potencial de hidrógeno (pH) es de 5 a 10 unidades. Como 
indicador de contaminación fecal se toma a los coliformes fecales. 
Siendo el límite máximo para las descargas de agua residual vertidas 
en aguas y bienes nacionales, y suelo (riego agrícola), de 1000 y 2000 
como número más probable (NMP) de coliformes fecales por cada 100 
mL, para el promedio mensual y diario respectivamente. Los huevos 
de helmintos fungen como indicador de contaminación por parásitos. 
El límite máximo permisible para las descargas vertidas a suelo (riego 
agrícola), es de un huevo de helminto por litro para riego no 
restringido y de cinco huevos por litro para riego restringido. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 11 
 
- NORMA OFICIAL MEXICANA, NOM-002-SEMARNAT-1996. 
En ella se establecen los límites máximos permisibles de contaminantes en 
las descargas de aguas residuales a los sistemas de alcantarillado urbano o 
municipal. 
 Objetivo y campo de aplicación. 
Prevenir y controlar la contaminación de las aguas y bienes nacionales, así 
como proteger la infraestructura de dichos sistemas, es de observancia 
obligatoria para los responsables de dichas descargas. No es aplicable a la 
descarga de las aguas residuales domésticas, pluviales ni a las generadas 
por la industria que sean distintas a las aguas residuales de proceso y 
conducidas por drenaje separado. 
 Especificaciones. 
La concentración de contaminantes no debe superar a la indicada en la 
Tabla 1 de la norma. Para las grasas y aceites, es el promedioponderado en 
función del caudal, resultante de los análisis practicados a cada una de las 
muestras simples. 
El rango permisible de potencial de hidrógeno en las descargas de aguas 
residuales es de 5.5 a 10 unidades. El límite máximo permisible de 
temperatura es de 40°C, medida instantáneamente a cada una de las 
muestras simples. Se permitirá descargar con una temperatura mayor sólo 
si se demuestra su inocuidad. 
 
- NORMA OFICIAL MEXICANA, NOM-003-SEMARNAT-1997. 
En ella se establecen los límites máximos permisibles de contaminantes 
para las aguas residuales tratadas que se reúsen en servicios al público. 
 
 Objetivo y campo de aplicación. 
Proteger el medio ambiente y la salud humana, es de observancia 
obligatoria para las entidades públicas responsables de su tratamiento y 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 12 
 
reúso. En el caso de terceros que presten el servicio, estos serán 
responsables de dicho cumplimiento, desde la producción hasta su reúso o 
entrega, incluyendo la conducción o transporte. 
 
 Especificaciones. 
La concentración de contaminantes no debe superar a la indicada en la 
Tabla 1 de la norma. El agua residual tratada debe carecer de materia 
flotante, mientras que la concentración de metales pesados y cianuros no 
debe sobrepasar la establecida en la columna que corresponde a embalses 
naturales y artificiales con uso en riego agrícola de la tabla 3 de la Norma 
Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996. 
Toda entidad del Estado que reúse el servicio, estará obligado a 
monitorear las aguas tratadas en los términos establecidos por esta Norma 
Oficial Mexicana y de conservar los registros de por lo menos tres años. 
 
En la Tabla 1 se expone un resumen de los límites máximos permisibles 
microbiológicos estipulados por la Legislación Mexicana, en cuanto el tipo de 
descarga. 
 
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 13 
 
Tabla 1. Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y sus límites máximos 
permisibles microbiológicos en cuanto al tipo de descarga. 
 
Norma Oficial Mexicana Tipo de Descarga 
Límites 
Máximos 
Permisibles 
Microbiológicos 
Especificaciones 
NOM-001-SEMARNAT-1996 
 
Nomenclatura anterior: 
NOM-001-ECOL-1996 
 
Año de publicación en el DOF: 
06/Enero/1997 
Descarga residuales en 
aguas (río y lagos) y 
bienes nacionales 
(suelo). No se aplica a 
las descargas de aguas 
proveniente de drenajes 
separados de aguas 
pluviales, con el objeto 
de proteger su calidad y 
posibilitar sus usos 
(aclaración 30-abril-
1997) 
Coliformes 
fecales * 
1000, promedio mensual 
2000, promedio diario 
Huevos de 
helmintos ** 
1 para riego no 
restringidoa 
 
5 para riego restringido b 
NOM-002-SEMARNAT-1996** 
 
Nomenclatura anterior: 
NOM-002-ECOL-1996 
 
Año de publicación en el DOF: 
03/Junio/1998 
Descargas de aguas 
residuales provenientes de la 
industria, actividades 
agroindustriales, de servicios 
y el tratamiento de aguas 
residuales a los sistemas de 
alcantarillado urbano o 
municipal 
Coliformes 
fecales * 
No aplica 
Huevos de 
helmintos ** 
No aplica 
NOM-003-SEMARNAT-1997 
 
Nomenclatura anterior: 
NOM-001-ECOL-1997 
 
Año de publicación en el 
DOF: 21/Septiembre/1998 
Aguas residuales 
tratadas que se reúsen 
en servicios al público. 
Coliformes 
fecales *** 
240, servicios al público 
con contacto directo 
1000, servicios al público 
con contacto indirecto u 
ocasional 
Huevos de 
helmintos ** 
< 1, servicios al público 
con contacto directoc 
< 5, servicios al público 
con contacto indirecto u 
ocasionald 
CF: Número Más Probable NMP/100 mL, **HH/ L, *** Para el caso de la NOM-003 las unidades reportadas de CF 
pueden ser en NMP o Unidades Formadoras de Colonia UFC/ 100 mL 
a: actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas, excepto legumbres y verduras que se consumen 
crudas 
b: actividad de siembra, cultivo y cosecha de productos agrícolas en forma ilimitada como forrajes, granos, frutas 
legumbres y verduras. 
c: actividades tales como llenado de lagos y canales artificiales recreativos con paseos en lancha, remo, canotaje y 
esquí; fuentes de ornato, lavado de vehículos, riego de parques y jardines. 
d: actividades como riego de jardines y camellones en autopistas, camellones en avenidas, fuentes de ornato, 
campos de golf, abastecimiento de hidrantes de sistemas contra incendio, lagos artificiales no recreativos, barreras 
hidráulicas de seguridad y panteones. 
**La NOM-002-SEMARNAT-1996 no incluye los parámetros microbiológicos, esta norma se basa en determinaciones 
fisicoquímicas, cuyos valores corresponden a los incluidos en la NOM-001-SEMARNAT-1996.
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 14 
 
2.2 Microorganismos seleccionados para el estudio. 
 
 
La extensa variedad de microorganismos de un agua, es tan elevada, que 
hace prácticamente imposible el verificar mediante análisis rutinarios y 
rápidos la ausencia de toda esta potencial flora microbiana. Por ello, se 
recurre a la investigación de organismos comúnmente presentes en las 
deyecciones humanas y animales. La presencia de estos microorganismos 
indicará fiablemente la “probable” presencia de otros claramente patógenos. 
El empleo de organismos intestinales como indicadores de contaminación 
fecal está mundialmente admitido desde hace bastantes años. En general, 
su elección se basa en que siempre están presentes en gran cantidad en el 
residuo fecal humano o animal; su periodo de supervivencia es de al menos 
el mismo que el de los organismos biológicos claramente patógenos; así 
como ser fáciles de detectar utilizando métodos analíticos simples y rápidos. 
Todos estos requerimientos son cumplidos por las bacterias entéricas. 
Durante la toma de decisión con respecto al tipo de microorganismo a 
considerar en la presente tesis, se tomaron criterios como: 
 
 Parámetro de calidad en la normatividad mexicana para el caso de 
coliformes fecales. 
 Técnicas de laboratorio bien establecidas. 
 Común acuerdo con proyectos paralelos. 
 
Como resultado de ello, se optó por analizar sólo el grupo perteneciente a 
bacterias: coliformes fecales, Salmonella spp. y esporas de Clostridium 
perfringens. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 15 
 
2.2.1 Coliformes Fecales. 
 
El vocablo coliforme significa con forma de coli, refiriéndose a la bacteria 
principal del grupo, Escherichia coli; descubierta por el bacteriólogo alemán 
Theodor von Escherich en 1860. Es un grupo de bacterias que comparten 
ciertas características bioquímicas; son empleadas como indicadores de 
contaminación fecal en agua y alimentos debido a su frecuencia en heces, su 
fácil detección y su semejanza con los miembros de la familia las 
Enterobacteriaceae (Martínez et al., 2002). 
Los coliformes fecales (Figura 1) son bacilos Gram negativos, anaerobios; 
poseen una delgada capa de peptidoglucanos que se encuentra unida a una 
segunda membrana plasmática exterior por medio de lipoproteínas. 
Las bacterias de este género se 
encuentran principalmente en seres 
homeotermos, se introducen en gran 
número al medio por las heces de estos, 
por tal motivo, suele deducirse que la 
mayoría de los coliformes que se 
encuentran en el ambiente son de origen 
fecal (Romero, 2007). 
Sin embargo, algunos géneros son 
autóctonos de aguas con residuos 
vegetales. También pueden reproducirse 
en las biopelículas que se forman en las tuberías de distribución de agua 
potable. La capacidad de reproducción de los coliformes fecales fuera del 
intestino de los seres homeotérmicos es favorecida por la existencia de 
condiciones adecuadas de materia orgánica, pH, humedad, etc. 
 
 Figura 1. Escherichia coli: Mountain 
Laboratories, NIAID, NIH Source. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 16 
 
2.2.2 Salmonella spp. 
 
Es un género de bacterias patógenas capaces de desencadenarfiebre 
tifoidea. Fue descubierta por el veterinario estadounidense Daniel Elmer 
Salmon en el año de 1885. La fiebre tifoidea, fue descrita por primera vez 
por el médico inglés Thomas Willis de Wiltshire en 1659. Este género ha sido 
una de las causas más frecuentes de epidemias; se encuentra asociado a 
brotes de enfermedades de origen hídrico y de alimentos contaminados 
(Cifuentes et al., 1994). 
El género Salmonella, se ubica dentro de 
la familia Enterobacteriaceae. Se trata de 
bacilos Gram negativos, generalmente 
móviles por flagelos peritrícos (excepto S. 
gallianrum); son anaerobios facultativos no 
encapsulados y no esporulados (Figura 2) 
.Son capaces de sobrevivir bajo estrés por 
largo periodos, resisten deshidratación, 
sobreviven en el suelo y el agua, así como 
en salmuera con 20% de sal (Adelantado, 
2008). 
La diferencia entre las especies y subespecies, se realiza tomando en 
cuenta sus propiedades bioquímicas. Son aerobios o anaerobios 
facultativos, fermentan glucosa, maltosa y manitol. Reducen nitratos a 
nitritos, utilizan citrato como única fuente de carbono, producen sulfuro de 
hidrógeno (H2S) y son tetrationato reductasas. 
La Salmonella se encuentra en todo el mundo; en los países en vías de 
desarrollo, la incidencia de S. typhi se estima entre 10-500 casos por cada 
100 mil habitantes, siendo más vulnerables niños menores de 5 años y 
personas mayores a los 70 años (Chen et al., 1996). 
 
Figura 2. Salmonella typhimurium: 
Max Planck Institute for Infection 
Biology. 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 17 
 
2.2.3 Clostridium perfringens. 
 
El género Clostridium engloba a bacilos gram positivos, anaerobios 
estrictos y sulfito reductores; son bacilos rectos o curvos de distintos 
tamaños (Figura 3). Producen esporas resistentes a las condiciones 
desfavorables en medio acuático, radiación ultravioleta, temperaturas y pH 
extremos así como a la cloración (Sanabria, 2005). 
Se encuentran distribuidos en 
suelo, polvo y son parte de la flora 
normal del tracto intestinal del 
hombre, comportándose como 
patógeno oportunista. Desde el punto 
de vista del agua, suelen estar 
presentes en las heces fecales, 
siempre, en número apreciablemente 
menor que los correspondientes a 
coliformes o estreptococos fecales. 
Sus esporas, pueden resistir en el agua mayor tiempo que coliformes, así 
como también, resultan ser más resistentes a la desinfección que ellos. 
Debido a esto, se investigan para comprobar si el agua de consumo 
humano ha sufrido contaminación fecal junto con Escherichia coli (Pumarola, 
1995). Clostridium perfringens es la especie aislada más frecuente en 
muestras clínicas, puede causar colonización simple o enfermedad grave que 
pone en peligro la vida del paciente. Se trata de una bacteria Gram positiva, 
inmóvil y formadora de esporas que se encuentra en el intestino de seres 
homeotermos, en el agua y en el suelo. Por ser una bacteria esporulada, 
tolera temperaturas y desecación, pH extremo y falta de nutrientes. Esta 
resistencia la convierte en un indicador apropiado de contaminación fecal 
antigua. Un bacilo Gram positivo, anaerobio estricto, esporulado de forma 
Figura 3. Clostridium perfringens: eye of 
science/science photo library 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 18 
 
rectangular. A pesar de no poseer movilidad, se entiende con rapidez en los 
medios de laboratorio; crece rápidamente tanto en los tejidos como en los 
cultivos, tiene carácter hemolítico y posee gran actividad metabólica, lo que 
facilita su identificación (Sanabria, 2005). 
 
2.3 Oxidantes químicos. 
 
La desinfección del agua es un paso crítico para minimizar la transmisión 
hídrica de enfermedades; es el último proceso unitario del tratamiento de 
agua residual, tiene como objetivo la inactivación de microorganismos 
patógenos presentes en el medio (Haas, 1990), garantiza la calidad de la 
misma y asegura que sea inocua para la salud del consumidor. 
Es posible dividir a los desinfectantes en químicos y físicos, pero en ambos 
casos, un desinfectante ideal debe inactivar todos los patógenos, incluso 
dentro de los sólidos suspendidos; mostrar inmutabilidad frente a la 
variación de parámetros fisicoquímicos del agua, no producir subproductos 
tóxicos así como ser de fácil incorporación a un proceso de desinfección y 
ser rentable (Cairns, 1993). La eficacia de un desinfectante dependerá, no 
sólo de su naturaleza y condiciones de operación, sino también de la 
concentración y resistencia de los microorganismos, es decir, a la reactividad 
y permeabilidad de la membrana celular frente a este. Los compuestos 
mayormente empleados para este fin son oxidantes fuertes que por lo 
general producen residuales, que en algunas ocasiones resultan ser tóxicos 
para salud humana y el ambiente. 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 19 
 
2.3.1 Cloro. 
 
El Cloro, del griego (verdoso); fue descubierto por el químico sueco 
Carl Wilhelm Secheele en 1774. Aisló el Cl2, producto de una reacción de 
dióxido de manganeso con ácido clorhídrico; el resultado fue un gas de color 
amarillo verdoso, de fuerte olor sofocante y muy tóxico. Esta toxicidad se 
debe a su gran poder oxidante, ya que destruye la materia orgánica; al ser 
inhalado, reacciona con los líquidos orgánicos formando ácidos. 
El cloro es un elemento al cual, el hombre le ha dado una amplia variedad 
de usos; por ejemplo, en la industria del papel y textil lo utilizan como 
decolorante; en la industria química, se emplea en síntesis orgánica e 
inorgánica. Pero quizá la más conocida es su aplicación como poderoso 
desinfectante de agua potable, residual y de piscinas (Jiménez et al., 2006). 
Desde hace casi 150 años, la cloración desempeña una función 
trascendental en la protección de los sistemas de abastecimiento de agua 
potable contra enfermedades infecciosas. Esta práctica comenzó en 1854 en 
Londres; cuando John Snow logró detener un brote de cólera, desinfectando 
el agua del sistema de abastecimiento (Cerda y Valdivia, 2007). 
La cloración continua empezó en los primeros años del siglo XX en Gran 
Bretaña, donde su aplicación redujo considerablemente las muertes por 
tifoidea. Poco después, en 1908, Estados Unidos adoptó esta práctica en 
Nueva Jersey. Lo que dio lugar a la eliminación de enfermedades 
transmitidas por el agua, tales como el cólera, la tifoidea, la disentería y 
hepatitis A (White, 1986). 
La capacidad germicida del cloro se basa en que puede penetrar la pared 
celular, alterar funciones específicas de las proteínas e inhibir procesos 
metabólicos de bacterias. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 20 
 
2.3.1.1 Reacciones de cloro en medio acuoso. 
 
La siguiente reacción ilustra la formación de ácido hipocloroso y ácido 
clorhídrico al adicionar cloro gas (Cl2) en agua (H2O). 
 
 
 (Ec.1) 
A su vez, el ácido hipocloroso, que resulta ser un desinfectante más eficaz 
que el ácido clorhídrico, se disocia conforme a la siguiente ecuación: 
 
 
 (Ec. 2) 
Esta reacción es reversible, su equilibrio está íntimamente relacionado con 
el pH de la solución. Dada la sucesiva disociación de ambas especies, en 
conjunto se denomina cloro libre, acidifica el medio; lo que proporciona las 
condiciones adecuadas para que, el ácido hipocloroso (HOCl) predomine 
sobre el ión hipoclorito (OCl-). Cuando el agua clorada contiene impurezas, 
es posible la formación de subproductos, algunos con cierto poder 
desinfectante, otros resultan ser tóxicos e incluso malolientes. Entre estos 
subproductos, se encuentran las cloraminas, las cuales se forman a partir de 
la reacción de cloro (Cl2) con amoniaco (NH3). Se pueden formar mono, di y 
tricloraminassegún la relación de cloro y amoniaco, el pH y temperatura del 
agua; a estos compuestos clorados, se les denomina cloro residual 
combinado. 
 
Las reacciones sucesivas son: 
 
Compuesto 
 
Reacción de formación 
 
Relación Cl2/NH3 
 
pH 
 
Monocloramina 
 
 
 
 
 
1:1 
 
≥6 
 
Dicloramina 
 
 
 
 
< 1:1 
 
 
≤5 
 
 
Tricloramina 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 21 
 
Además del amoniaco, también presenta afinidad con otras sustancias con 
las que forma compuestos llamados cloro combinado no utilizable, estos se 
subdividen en seis grupos: los trihalometanos, los ácidos acéticos 
halogenados, los acetonitrilos halogenados, los aldehídos halogenados 
(formaldehído), las cetonas halogenadas (cloroacetonas) y los fenoles 
clorados. También se encuentran entre otros: el hidrato de cloral, la 
furanona clorada, la cloropicrina, y el cloruro de cianógeno. 
El fenómeno de la formación de trihalometanos se puede representar a 
través de la siguiente reacción: 
 
 
 
 (Ec. 3) 
Y una hidrólisis posterior: 
 
 
 (Ec. 4) 
Los ácidos acéticos halogenados se forman a partir de la materia orgánica 
durante la cloración del agua, son probablemente los principales 
subproductos de esta, han sido detectados en agua potable, la concentración 
de los ácidos acéticos trihalogenados aumenta al disminuir el pH, mientras 
que la de los dihalogenados permanece constante. En agua potable, sus 
valores típicos varían de 0.03 a 0.15 mg/L (Romero, 2005). 
Mientras que los acetonitrilos halogenados sólo son subproductos de la 
cloración de aguas superficiales y subterráneas; los hidratos de cloral 
(tricloroacetaldehídos) se forman como subproducto del tratamiento de 
descargas industriales. 
Los clorofenoles son subproductos de la reacción de cloro con compuestos 
fenólicos, como los biocidas o productos de la degradación de herbicidas del 
grupo fenoxi. Los clorofenoles más probables de encontrar después de la 
cloración son 2-clorofenol, 2.4-dicloroenol y 2,4,6-triclorofenol. 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 22 
 
2.3.1.2 Ventajas y desventajas 
 
El cloro es un desinfectante que tiene ciertas limitantes en términos de 
salud y seguridad, pero al mismo tiempo su mayor ventaja es la amplitud en 
su uso. En la Tabla 2 se resumen las ventajas y desventajas del proceso de 
cloración. 
 
Tabla 2. Ventajas y desventajas de la desinfección con cloro. Adaptado: 
USEPA, 1999a. 
Ventajas Desventajas 
Tecnología bien establecida 
En ocasiones es necesario utilizar una 
decloración para reducir la toxicidad 
residual. 
Muy eficiente 
Forma trihalometanos (THM) y otros 
hidrocarburos clorados 
Capacidad de mantener efectos 
residuales 
Todas las formas de cloro son muy 
corrosivas y tóxicas por lo que se 
incrementan las medidas de seguridad. 
Efectivo para un amplio espectro 
de organismos patógenos. 
El pH del agua residual puede ser reducido 
si la alcalinidad es insuficiente por la 
generación del ácido HOCl 
Efecto germicida durante un largo 
período. 
Libera compuestos orgánicos volátiles 
 
Es muy flexible para la 
dosificación 
No es efectivo si el agua contiene sólidos 
suspendidos y materia orgánica. 
Elimina olores 
Reacciona con un gran número de 
compuestos que aumentan la demanda de 
cloro para la desinfección 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 23 
 
2.3.2 Ácido peracético (APA). 
 
El ácido peracético (C2H4O3, Figura 4), es un compuesto orgánico en fase 
líquida de característico olor, que ha sido empleado como desinfectante, 
principalmente en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica, 
además de ser un importante precursor en la síntesis orgánica (Gehr, 2009). 
Puede obtenerse por oxidación a partir de acetaldehído y oxígeno en 
presencia de acetato de cobalto o bien, tratando anhídrido acético con 
peróxido de hidrógeno, en presencia de ácido sulfúrico. Además de ser 
soluble en agua, también lo es en alcohol, éter y ácido sulfúrico. Explota 
violentamente si es agitado a temperaturas superiores a los 100°C (Liberti 
et al, 1999). El primer trabajo de investigación que permitió identificar las 
propiedades biocidas de las soluciones de ácido peracético, datan de 1902 y 
fueron realizadas por Freer y Novy (Kemper, 2010). 
Su empleo a nivel industrial en una planta de tratamiento de agua residual 
es ciertamente de notable interés; esto debido a su naturaleza, ya que 
puede resolver algunos problemas de gestión como: la reducción de la carga 
bacteriana en un corto período de tiempo a temperatura ambiente así como 
la disminución de residuales de desinfección. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4. Estructura molecular del ácido peracético. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 24 
 
2.3.2.1 Características fisicoquímicas 
 
Desde el punto de vista químico, el ácido perfórmico pertenece a la familia 
de los peróxidos, se caracteriza por un elevado potencial de oxidación, el 
cual es el responsable de su poder biocida. La estructura molecular está 
constituida por ácido acético, el cual se une al grupo carboxílico –COOH y a 
un átomo de oxígeno para convertirse en –COOOH. En consecuencia, en 
solución acuosa, la molécula de ácido peracético es muy reactiva ya que 
tiende a romper los enlaces químicos para restaurar el ácido acético y 
formar peróxido de hidrógeno, dicha reacción de hidrólisis se presenta a 
continuación. 
 
 
 (Ec.5) 
Esta reacción se lleva a cabo en medio acuoso y es favorecida en pH 
alcalino y altas temperaturas. El peróxido de hidrógeno generado, se 
descompone a su vez en agua y oxígeno. En la Tabla 3, se muestran sus 
características fisicoquímicas. 
 
Tabla 3. Características fisicoquímicas del ácido peracético al 5%. 
Parámetro Valor 
Peso específico @ 20°C 1.15 
Masa molecular 76.05 g/mol 
Masa equivalente 38.03 g/eq 
Presión de vapor @ 20°C 27 mbar 
Tensión superficial (ac) @ 5°C 66 dyn/cm 
Punto de ebullición 120°C (248°F) 
Presión de vapor 19mm Hg, 25°C 
Punto de fusión -56°C (-49°F) 
pH solución 1% 2.9 
Potencial redox 1.81 
Adaptación de NOSBTAP materiales database compiled by OMRI,2000 y Kemper, 2010. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 25 
 
2.3.2.2 Mecanismo de acción del APA. 
 
Al descomponerse el APA, produce radicales libres H+ y –OH, los cuales, al 
entrar en contacto con las estructuras de revestimiento de las bacterias, 
cápsula, la membrana externa, la pared y la membrana celular; son capaces 
de pasar fácilmente a través de ellas con excepción de las esporas, donde la 
transición es mucho más lenta. 
Una vez penetrado en el interior, su fuerte poder oxidante afecta 
principalmente a las proteínas de la membrana, las enzimas metabólicas y el 
genoma. Su actividad se reduce ligeramente en presencia de materia 
orgánica pero se eleva a pH bajo (Veschett et al, 2003). 
En la Figura 5 se muestra el mecanismo de acción del APA sobre las 
bacterias. 
Por otro lado, en la Figura 6 muestra un ejemplo de la reacción entre una 
porción de proteína que compone la membrana en la que la metionina está 
presente y una molécula de APA. 
Aquí puede observarse que el ácido peracético conduce a la formación de 
dos enlaces dativos con el azufre y el oxígeno que produce una alteración de 
su estructura cuaternaria (Lehninger, 2006). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 26 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 5. Mecanismos de acción del ácido peracético sobre las bacterias (Kemper, 
2010). 
 
Estructurade revestimientode una célula gram 
negativa
Desnaturalización de las 
proteínas de la membrana 
con alteraciones de la 
permeabilidad
Desactivación del 
citocromo e de las enzimas, 
seguida de alteraciones 
metabólicas
Peptidoglicano
Membrana 
interna
Protoplasto 
deshidratado
Desnaturalización de 
proteínas y alteración del 
genoma. 
Membrana 
externa
Pared 
celular
Membrana 
citoplasmática
Citoplasma
Estructurade revestimiento 
de una célula gram 
negativa
Desnaturalización de las 
proteínas de la membrana 
con alteraciones de la 
permeabilidad
Desactivación del 
citocromo e de las enzimas, 
seguida de alteraciones 
metabólicas
Peptidoglicano
Membrana 
interna
Protoplasto 
deshidratado
Desnaturalización de 
proteínas y alteración del 
genoma. 
Membrana 
externa
Pared 
celular
Membrana 
citoplasmática
Citoplasma
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Las consecuencias son irreversibles, se bloquea actividad enzimática y 
modifica la permeabilidad de la membrana. En el caso de las esporas, el 
proceso se ve favorecido por altas temperaturas, ya que altera la estructura 
compacta de peptidoglicano de la corteza (Kemper, 2010; Lehninger, 2006). 
 
2.3.2.3 Efectos adversos. 
 
El ácido peracético es biodegradable pero a la vez, corrosivo y tóxico a 
concentraciones elevadas. Sin embargo, a las concentraciones empleadas 
para la desinfección, pierde toda toxicidad y no daña a la fauna acuática. A 
Figura 6. Reacción entre la membrana bacteriana y una molécula de APA 
(adaptado de Lehninger, 2006). 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 28 
 
partir de 25 mg/L comienza a dañar a las algas, a los peces desde 46 mg/L y 
al delfines desde 120 mg/L (Gehr, 2009). 
El contacto con este perácido puede ulcerar tejidos e irritar la piel, 
mucosas, ojos, tracto respiratorio y tracto gastrointestinal; si el contacto es 
con los ojos puede producir ceguera; pero si la exposición es a sus vapores, 
puede generar irritaciones oculares y nasales. Es corrosivo sobre metales; 
este efecto puede disminuirse con el pH y añadiendo inhibidores de la 
corrosión. Si se asocia con peróxido de hidrógeno aumenta la acción 
corrosiva (FMC, 2009). 
 
 
2.3.3 Ácido Perfórmico. 
 
El ácido perfórmico, Figura 7, APF (COOOH2) es un ácido orgánico 
ampliamente utilizado como agente desinfectante en la industria alimenticia 
y para desinfectar superficies e instrumental médico en clínica y hospitales, 
pues resulta ser eficaz contra virus, bacterias, esporas, algas y hongos 
(Gehr, 2009). Dado que es altamente oxidante, es aprovechado como 
iniciador en la síntesis orgánica y para romper los enlaces disulfuro en el 
mapeo de proteínas. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Estructura molecular del ácido perfórmico. 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 29 
 
2.3.3.1 Propiedades. 
 
El ácido perfórmico (APF) es un líquido incoloro polar, lo que significa que 
es soluble en agua, alcohol, éter, benceno, cloroformo y otros solventes 
orgánicos, en la Tabla 4 se resumen las propiedades fisicoquímicas el APF. 
Dada su estructura molecular, presenta baja estabilidad, razón por la cual 
debe ser utilizado inmediatamente después de su síntesis (Carrol, 2010). 
Esta inestabilidad, es la que le permite oxidar la materia orgánica, y los 
microorganismos asociados a ella. 
 
Tabla 4. Propiedades del ácido perfórmico. 
Propiedades del ácido perfórmico 
Masa molecular 62.03 g/mol 
Punto de fusión -18°C 
Punto de ebullición 50°C (90% de pureza) 
Potencial redox (10%-w) 453.4 mV* 
pKa 13.3 (90% de pureza) 
Densidad (10%-w) 1.18 g/cm3 
(Carrol, 2010; Elvers et al., 1991; *experimental) 
 
2.3.3.2 Reactividad con las membranas bacterianas a través de 
radicales libres. 
 
Un radical libre es cualquier especie atómica o molecular con un electrón 
desapareado en un orbital exterior y por lo tanto muy reactivo, el cual puede 
iniciar reacciones en cadena por eliminación de un electrón de otra molécula 
para completar su propio orbital. Por su alta reactividad, los radicales libres 
son los responsables de la destrucción de los microorganismos después del 
proceso de desinfección con ácido perfórmico de agua residual mediante la 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 30 
 
reacción de peroxidación lipídica y oxidación de proteínas por rompimiento 
de enlaces disulfuro (Devlin, 2004). 
La formación de un radical libre se debe a que los pares de electrones de 
cada orbital tienen un giro o spin sobre su eje, opuesto entre sí llamado 
antiparalelo. El spin electrónico, puede verse como un vector que representa 
el campo magnético inducido por la traslación, de tal manera que un par de 
electrones con spin opuesto anulan recíprocamente su campo magnético. Un 
aporte de energía química, luminosa o térmica puede recuperar este 
comportamiento electrónico, dando lugar a la formación de un radical que 
tendrá un momento magnético neto igual al del electrón no apareado (Melo 
y Cuamatzi, 2006). 
 
- Peroxidación lipídica. 
 
Todas las células están rodeadas por una membrana celular que las 
separa del medio extracelular. La membrana celular contiene enzimas, 
canales, receptores y antígenos que juegan papeles vitales en la interacción 
de la célula con otras células, hormonas y otros agentes reguladores del 
liquido extracelular. La estructura básica de todas las membranas biológicas 
es la bicapa lipídica, que funciona como una barrera de permeabilidad 
selectiva. Éstas son ricas en ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) y por lo 
tanto vulnerables al ataque de radicales libres (Lehninger, 2006). 
Los enlaces dobles de las cadenas de los ácidos grasos son muy 
vulnerables a las reacciones con agentes oxidantes fuertes, como el peróxido 
de hidrógeno, ácido perfórmico, el radical aniónico superóxido (O2
-) o el 
radical hidroxilo (-OH) (Melo y Cuamatzi, 2006). Todo proceso de 
peroxidación de macromoléculas ocurre en tres etapas bien definidas: 
iniciación, propagación y terminación (Lehninger, 2006). 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 31 
 
1. La iniciación es el paso en donde el radical de ácido graso es 
producido. Consiste en la extracción de un electrón del carbono 
contiguo a un doble enlace por parte de un iniciador como el 
– OH, el cual combina con un hidrógeno para dar lugar a agua y a 
un ácido graso radical (Lehninger, 2006). 
 
2. La propagación explica el carácter de reacción en cadena, 
mediante la cual una sola iniciación puede dañar a un gran 
número de moléculas. El radical alquil no es una molécula muy 
estable, de modo que reacciona rápidamente con oxígeno 
molecular, creando de este modo un ácido graso peroxil radical. 
El mismo también es una especie muy inestable por lo cual 
reacciona con otro ácido graso dando lugar a un ácido graso 
radical diferente y a un peróxido lípido o un peróxido cíclico si ha 
reaccionado consigo mismo. Este ciclo continúa ya que el nuevo 
ácido graso radical se comporta de la misma manera (Barja, 
2003; Melo y Cuamatzi, 2006 y Lehninger, 2006). 
 
3. La reacción radical se detendrá cuando dos radicales reaccionan 
y producen una especie no radical. Esto ocurre solamente 
cuando la concentración de especies radicales es lo 
suficientemente alta como para que exista la probabilidad de que 
se encuentren dos radicales (Lehninger, 2006). 
 
 
Los productos de la lipoperoxidación son aldehídos, cetonas, esteres, 
alcoholes. Este proceso repetitivo conduce a la membrana a perder sus 
propiedades fisicoquímicas y culmina con la muerte de la célula (Lehninger, 
2006). A continuación se presenta el mecanismo de la peroxidación lipídica 
esquematizado en la Figura 8. 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Oxidación de proteínas: rompimientode enlaces disulfuro. 
 
Los agentes oxidantes producen la oxidación irreversible de moléculas 
esenciales para la célula como es el caso de las proteínas, que pueden ser 
atacadas incluso a nivel de estructura primaria. Todas las cadenas de 
aminoácidos que forman parte de las proteínas son susceptibles de ser 
atacadas por el radical hidroxilo, incluso los enlaces disulfuro que se 
establecen entre los átomos de azufre del aminoácido cisteína (Lehninger, 
2006), únicos enlaces covalentes dentro de la estructura proteica; y en 
consecuencia hay modificaciones en la estructura terciaria, que puede de 
Figura 8. Mecanismo de peroxidación lipídica (Adaptado de Lehninger, 2006). 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 33 
 
una fragmentación química, un incremento en la susceptibilidad al ataque 
proteolítico y a la inactivación de enzimas, lo que ocasiona la pérdida de la 
función biológica. La ruptura de los enlaces disulfuro (Figura 9) entre los 
átomos de azufre de la cisteína da como residuo ácido cisteico, su reacción 
es la siguiente: 
 
 
Figura 9. Mecanismos de acción del APF sobre membranas biológicas 
(Armstrong y Bennett, 1982). 
 
2.3.3.3 Ventajas y desventajas. 
 
Investigaciones recientes han demostrado que el ácido perfórmico es 
biodegradable, lo que significa que no presenta residuales dañinos a la salud 
(Gehr, 2009), por ello, su popularidad como agente desinfectante se ha visto 
incrementado. Por otro lado, presenta algunas desventajas, pues su manejo 
es altamente peligroso, ya que presenta alta reactividad y explosividad, 
sobre todo a temperaturas que sobrepasen los 20°C. Al ser inestable, sólo 
permite ser utilizado durante las primeras cinco horas después de ser 
sintetizado. 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 34 
 
2.4 Reacciones de oxido reducción. 
 
En una reacción de oxidorreducción (redox) se lleva a cabo una 
transferencia de electrones de una especie a otra, se dice que una especie 
se oxida cuando pierde electrones y se reduce cuando gana electrones. Así 
mismo, un agente oxidante es el que toma electrones de otra especie y se 
reduce; mientras que un agente reductor, dona electrones a otra y se oxida. 
La reacción redox va acompañada por un intercambio de energía química. 
La forma fácil de analizar la espontaneidad de una reacción química es 
utilizando la energía libre de Gibbs como criterio y descrita en la ecuación 1 
(Smith & Van Ness, 1997). 
 
 
 
 (Ec.6) 
 
Donde: 
G es la energía libre de Gibbs, 
S es la entropía, 
T es la temperatura, 
V es el volumen, 
P es la presión, 
k es el potencial químico de la k-ésima especie química y 
nk es el número de moles de la k-ésima especie química. 
 
El último término corresponde a la energía química. Como el análisis de 
las reacciones químicas se hace en condiciones de temperatura y presión 
constantes, se concluye que la energía libre de Gibbs corresponde 
exactamente a la energía química. 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 35 
 
Dado que es muy difícil medir la energía intercambiada durante una 
reacción química, se ha optado por conectarla con la carga eléctrica 
transportada por los electrones cuando estos se mueven desde una 
sustancia que se oxida hacia una sustancia que se reduce. Esto se hace 
sustituyendo la energía química por una energía potencial eléctrica 
imaginaria referida específicamente al transporte de los electrones. Esta 
diferencia de potencial eléctrico imaginaria corresponde exactamente con la 
diferencia de potencial redox denotada por E (Huheey, 1981): 
 
 (Ec.7) 
 
Por lo anterior, se establece que la diferencia en la energía libre de Gibbs 
de una reacción química se calcula como el producto de la diferencia de 
potencial redox E multiplicada por la carga eléctrica q transportada por los 
electrones. Un aspecto importante de mencionar, es que las reacciones 
electroquímicas siempre tratarán de liberar energía en forma análoga al 
comportamiento del potencial gravitacional y de potencial eléctrico, por lo 
que los electrones siempre se moverán espontáneamente desde un potencial 
redox menor hacia un potencial redox mayor. En el caso de los electrones, 
estos se comportan de la misma forma bajo la acción de un potencial 
eléctrico que bajo la acción de un potencial redox. 
 
Proceso espontáneo G < 0 
Proceso no espontáneo G > 0 
Se debe mencionar, que el potencial redox depende de las condiciones de 
concentración y de temperatura para una especie química dada, si se alteran 
estas condiciones el valor del potencial redox, también se verá alterado: 
razón por la que es necesario definir un potencial redox estándar (E°). Así 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 36 
 
mismo, es necesario que la actividad termodinámica ak de cada una de las 
especies químicas sea igual a la unidad, ak =1 (Huheey, 1981). 
El potencial redox estándar (E°) es un valor relativo medido en 
condiciones estándar de temperatura y presión (STP), esto es a 25°C y a 1 
bar de presión, con un electrodo de referencia, el electrodo de hidrógeno. 
Para cualquier sistema que acepte electrones de un electrodo normal de 
hidrógeno es una media celda con un potencial redox positivo. Por el 
contrario, cuando un sistema dona electrones al electrodo normal de 
hidrógeno se define como una media celda con un potencial redox negativo. 
Un valor de E° positivo y de alta magnitud es indicativo de un ambiente 
que favorece las reacciones de oxidación. Del otro lado, un valor E° negativo 
y de baja magnitud es indicativo de un ambiente altamente reductor (Tabla 
5). 
 
Tabla 5. Potenciales redox ordenados (Harris, 2007). 
 
Agente Oxidante Agente Reductor E° 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A
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A
u
m
e
n
ta
 e
l p
o
d
er
 r
ed
u
ct
o
r 
2.890 
 
 
 
 2.075 
 
 
 
 1.507 
 
 
 0.339 
 
 
 0.000 
 
 
 -0.402 
 
 
 -2.936 
 
 
 -3.040 
 
 
Facultad de Química UNAM | Marco teórico 37 
 
Esta magnitud mide la capacidad global del agua, de proceder por sí 
misma a la oxidación de sustancias. Es decir, un agua con un elevado 
potencial redox contendrá apreciable cantidad de oxígeno. Esta es rica en 
compuestos en estado oxidado como: Fe y Mn en sus estados superiores de 
oxidación, Sulfatos, nitratos, fosfatos y materia orgánica (Marín, 2003). Las 
reacciones de oxidorreducción regulan el comportamiento de muchos 
compuestos químicos presentes en cuerpos de agua naturales. La 
reactividad, solubilidad y movilidad cíclica de elementos esenciales para los 
sistemas biológicos, como son el azufre, el nitrógeno, el carbono, el fósforo y 
otros elementos metálicos; son afectadas por cambios en el potencial redox. 
Al mismo tiempo, el potencial redox afecta la distribución y la actividad 
metabólica de microorganismos. Esto es, la distribución espacial de 
microorganismos aerobios y anaerobios está determinada principalmente por 
el potencial redox del ambiente. Los microorganismos aerobios estrictos son 
metabólicamente activos a potenciales redox positivos, mientras que los 
anaerobios estrictos demuestran actividad metabólica, solo a potenciales 
redox negativos. Variaciones pequeñas en el potencial redox pueden 
ocasionar cambios en la nutrición y fisiología de determinados 
microorganismos (Lynch y Poole, 1979). 
El uso del potencial redox en aguas residuales y en