Se evaluó un sistema de bicarbonato-peróxido (BAP) para mejorar la calidad de las aguas residuales industriales de curtiduría utilizando un diseño experimental I-óptimo con cuatro variables (temperatura, pH inicial, concentración de bicarbonato y concentración de HO). Las variables de respuesta fueron la eliminación de DQO, la eliminación de nitrógeno amoniacal y la concentración de nitratos. Las variables más críticas fueron optimizadas utilizando un diseño de superficie de reacción I-óptimo a dos niveles (concentración de bicarbonato 0.01-0.3 mol/L y HO 0.05-0.35 mol/L) para obtener los datos óptimos del diseño experimental. Las condiciones óptimas fueron validadas mediante un análisis estadístico ANOVA de una vía utilizando el software Prism. Las temperaturas superiores a 50 grados Celsius promueven la eficiencia del sistema BAP, y los pHs iniciales ligeramente ácidos permiten la estabilización del sistema al incluir bicarbonato y peróxido en la concentración de bicarbonato, lo cual es crítico para la reacción con peróxido y la formación de especies reactivas de oxígeno. Con los datos óptimos validados, se lograron porcentajes de eliminación superiores al 78% para nitritos, nitrógeno amoniacal, cromo, Sólidos Suspendidos Totales (SST), DBO, conductividad, cromo y cloruros; para DQO y COT, los porcentajes de eliminación fueron superiores al 45%, siendo estos resultados iguales e incluso superiores a otros AOPs implementados para este tipo de agua.