Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Tratamiento de aguas residuales


Introducción al tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales es un proceso importante en la química ambiental que se ocupa de la eliminación de contaminantes y polutantes del agua para que sea segura para su liberación en el medio ambiente o reutilización. Este proceso es esencial para proteger los ecosistemas y la salud humana, asegurando que la calidad del agua cumpla con los estándares de salud y seguridad.

Importancia en la química ambiental

En el campo de la química ambiental, el tratamiento de aguas residuales desempeña un papel vital en la reducción de los efectos negativos de la contaminación del agua en el medio ambiente. Las emisiones incontroladas de contaminantes pueden provocar disrupciones ecológicas dañinas y problemas de salud. Las aguas residuales no solo incluyen aguas residuales domésticas sino también efluentes industriales que requieren un tratamiento intensivo antes de ser descargados. Entender la química detrás de estos procesos ayuda a diseñar estrategias de tratamiento efectivas.

Ejemplo: Fuentes de aguas residuales

Las aguas residuales se generan a partir de varias fuentes, entre ellas:

  • Zonas residenciales (por ejemplo, aguas residuales, aguas grises)
  • Actividades industriales (por ejemplo, química, farmacéutica)
  • Escorrentía agrícola (por ejemplo, fertilizantes, pesticidas)

Química de las aguas residuales

Las aguas residuales contienen una amplia variedad de compuestos químicos que requieren atención. Estos compuestos van desde moléculas orgánicas simples hasta complejos químicos industriales. Los principales componentes químicos incluyen:

  • Materia orgánica: Generalmente medida como demanda biológica de oxígeno (DBO) o demanda química de oxígeno (DQO).
  • Nutrientes: Principalmente nitrógeno y fósforo, que pueden causar eutrofización.
  • Químicos tóxicos: Metales pesados como plomo (Pb), cadmio (Cd) y mercurio (Hg), así como compuestos orgánicos sintéticos.
  • Patógenos: Bacterias, virus y protozoos.

Principales procesos en el tratamiento de aguas residuales

1. Tratamiento inicial

El objetivo del tratamiento preliminar es eliminar sólidos grandes y escombros de las aguas residuales. Esto se logra frecuentemente mediante el cribado y la eliminación de arenas, lo que previene daños en equipos posteriores.

Ejemplo: Proceso de cribado

La ilustración de arriba muestra una representación simplificada del proceso de cribado, donde grandes objetos como plásticos y sólidos se eliminan del flujo de agua.

2. tratamiento primario

El tratamiento primario se enfoca en la sedimentación, que provoca que los sólidos suspendidos se asienten fuera del agua. Este proceso reduce la carga en las etapas de tratamiento secundario. La mayoría de la materia orgánica y la grasa se eliminan durante esta etapa.

3. Tratamiento secundario

El tratamiento secundario involucra procesos biológicos que destruyen la materia orgánica utilizando microorganismos. El método más común es el lodo activado, donde aire y flóculos biológicos de bacterias, hongos y protozoos se mezclan con las aguas residuales.

Ejemplo: Proceso de lodos activados

El proceso de lodos activados se basa en bacterias aeróbicas que consumen contaminantes orgánicos para formar flóculos que pueden ser fácilmente eliminados.

4. Tratamiento terciario

En el tratamiento terciario, se logra una mayor purificación eliminando sólidos suspendidos residuales, fósforo, nitrógeno y microorganismos patógenos mediante métodos químicos, físicos y biológicos.

  • Precipitación química: Utiliza agentes coagulantes como el alumbre (Al_2(SO_4)_3) para eliminar fosfatos.
  • Filtración: Utiliza filtros de arena o tecnología de membranas.
  • Desinfección: Los métodos comunes incluyen cloración y el uso de luz ultravioleta.

Ejemplo: Filtración por membrana

La figura anterior presenta una vista simplificada de cómo ciertas partículas pueden ser separadas del agua mediante filtración selectiva.

Otros métodos avanzados de tratamiento

Además de los tratamientos primario, secundario y terciario, existen varios métodos avanzados para tratar contaminantes específicos:

  • Procesos avanzados de oxidación: Usan oxidantes fuertes como ozono (O_3), peróxido de hidrógeno (H_2O_2) o luz ultravioleta para descomponer los contaminantes.
  • Intercambio iónico: Elimina iones específicos como Na^+ y Ca^2+ usando una cama de resina.

Desafíos del tratamiento de aguas residuales

Existen muchos desafíos en el tratamiento de aguas residuales, incluyendo contaminantes emergentes, consumo de energía y gestión de lodos. La investigación avanzada se enfoca en desarrollar tratamientos rentables, eficientes en energía y sostenibles.

Conclusión

Entender los principios del tratamiento de aguas residuales en la química del agua es esencial para abordar los desafíos ambientales modernos. Al aprovechar los procesos de tratamiento químico, biológico y físico, podemos proteger eficazmente los recursos hídricos y promover la ecología y la salud humana.


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