Las aguas de mina: de su gestión como resíduo a su aprovechamiento como recurso
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7/21/2019 Las aguas de mina: de su gestin como resduo a su aprovechamiento como recurso
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Las aguas de mina: de sugestin como residuo a suaprovechamiento como recurso
48 Curso internacional de Hidrologa SubterrneaFCIHS
Barcelona. 10 Julio 2014
Jorge LoredoDpto. Explotacin y Prospeccin de Minas
Univ. Oviedo
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LA MINERA Y EL AGUA
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Entradas - Salidas = Agua almacenada
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QU SUCEDE AL ABRIR UNA MINAEN RELACIN CON LA CIRCULACIN DEL
AGUA EN EL TERRENO?
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MINERA
SUBTERRNEA
ALTERACIN DE LAS CARACTERSTICASHIDROGEOLGICAS
FRACTURAS
HUECOS
CREACIN DE UN NUEVO ACUFERO
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Las escombreras se comportan como acuferossuperficiales que transmiten la contaminacin a loscursos superficiales de agua.
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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL POTENCIALDE CONTAMINACIN DEL AGUA EN UNA MINA
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POSIBLES EFECTOS DEL AGUA QUEDEBEN ESTUDIARSE
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MINERA METLICA
La minera metlica, en
general, produce aguasde drenaje concontaminacin fsica yqumica.
La exposicin de piritas y otros sulfuros a laatmsfera provoca su oxidacin a sulfatos.
La disolucin de los sulfatos provoca el aumento dela acidez.
El incremento de la acidez aumenta la solubilidad
de los elementos asociados y compuestos del agua.
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MINERA DE CARBN
La minera del carbn produce aguas de drenajecidas o bsicas dependiendo de las caractersticasgeolgicas.
La acidez vendr determinada por la oxidacin delos sulfuros.
En ausencia de sulfuros, la posible existencia del
in bicarbonato facilitar el carcter alcalino de lasaguas.
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AGUAS GENERADAS EN ACTIVIDADES MINERASAlcalinas: paso de aguas a travs de materiales calizos o
dolomticos.
CaCO3+ CO2+ H2O Ca+++ 2 HCO3-
cidas: Oxidacin de sulfuros.
Mineral oxidable: pirita.Oxidante: O2.
AguaMicroorganismos (Thiobacillus
Ferrooxidans)
FeS2+ 3,5 O2+ H2O Fe2++ 2 SO4
2-+ 2H+
Fe2+ +2,5H2O + 0,25O2Fe(OH)3(s) + 2H+
Fe2+ + 0,25O2 +H+0,5Fe3++ 0,5H2O
FeS2+14Fe3+ +8H2O 15Fe2+ + 2 SO42-+ 16H+
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PROCESO DE OXIDACIN DE LOSSULFUROS
Oxidacin de la pirita a sulfato
FeS2+ 3,5 O2+ H2O Fe2++ 2 SO42-+ 2H+
Hidrlisis del hierroFe2+ +2,5H2O + 0,25O2Fe(OH)3(s) + 2H+
A medida que el pH sigue descendiendo seproducen las siguientes reacciones conintervencin biolgica:
Fe2+ + 0,25O2 +H+0,5Fe3++ 0,5H2O
FeS2+14Fe3+ +8H2O 15Fe2+ + 2 SO42-+ 16H+
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GENERACIN DE ACIDEZ Acidez orgnica(compuestos orgnicos disueltos).
Acidez de CO2(dixido de carbono y cidocarbnico disueltos). Acidez protnica(pH). Acidez mineral(metales disueltos)
Fe2++ 0,25O2+ 1,5H2O FeOOH + 2H+
Fe3++ 2H2O FeOOH + 3H+
Al3++ 3H2O Al(OH)3+ 3H+
Mn2++ 0,25O2+ 1,5H2O MnOOH + 2H+
Acidez calculada (Hedinet al., 1994)Acc= 50 [2/56 Fe2++ 3/56 Fe3++ 3/27 Al + 2/55 Mn + 1000(10-pH)]
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ALTERACIONES DE AGUASSUBTERRNEAS
Rgimen de bombeo Depende del tamao de lamina y la hidrogeologa:Aumento del caudal en cauces cercanos debido
a la descarga de agua bombeada del interior delas minas
Descenso del N.P. regional Contaminacin de acuferos
Alteracin del flujo natural del agua subterrnea
Labores inundadas fuente impredecible deagua de libre circulacinAl interrumpir el bombeo, el N.P. asciende y el
agua entra en contacto con las labores posiblecontaminacin que puede ser severa si llega a
descargar en superficie
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Gestin del agua de mina
como residuo
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EL AGUA DURANTE LA EXPLOTACIN
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Trabajos preparatorios con aguaen el frente
Puerta estanca dcada1960
Puerta estanca 2003
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LA MINA DE REOCN
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EL AGUA DURANTE LA EXPLOTACIN DELA MINA DE REOCIN
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Caudal medio: 1.200 litros por segundo
Capacidad de desage: 2.400 litros por segundo
Altura de bombeo: 332 m
Volumen anual bombeado 37,8 Mm3
Potencia instalada: 11.260 kW
Coste anual: 3.000.000
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EL AGUA DURANTE LA EXPLOTACIN
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Caudal del oesteSala de bombas (Cota -272 m)
Entradas de agua desde el norte
Desage (Cota +60 m)
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE.INSTALACIONES
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EFECTOS DEL CESE DE LA
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EFECTOS DEL CESE DE LAACTIVIDAD MINERA
Posibles afecciones a infraestructuras,construcciones, viviendas,
otras minas (activas e inactivas), etc.
Pero con una red de drenaje diferentepor causa de la actividad minera.
Supresin del sistema de bombeo.
Recuperacin del nivel del agua.Rebote del agua
Diferente modelo
hidrogeolgico.
Distinto comportamiento
del agua en el terreno.
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AFECCIN A LOS RECURSOSSUPERFICIALES
POR QU?
La elevacin del N.P. una
vez abandonada la mina
(cese del bombeo) y en
presencia de PIRITAS
aguas cargadas conelementos ecotxicos
CALIDAD DEL AGUA?
Circuitos del agua en el
interior del macizo.
Caudales de escorrenta y de
infiltracin
Caractersticas qumicas delagua y evolucin en el tiempo
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El agua se infiltra atravs de fracturas y
subsidencias
El agua debe serbombeada de formacontinua para evitar
riesgos
La actividad mineraaltera la permeabilidad
del subsuelo
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Estrato permeable: acufero confinado
Estrato impermeable
Perfil topogrfico original
Esquema de pozo minero en zona de geologa sub-horizontal y relieve poco abrupto.
Futuras labores mineras
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Labores mineras
Estrato permeable: no confinado
Estrato impermeable
Perfil topogrfico original
Perfil topogrfico tras hundimientos
Esquema de pozo minero en zona de geologa sub-
horizontal y relieve poco abrupto.
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Labores mineras
Estrato impermeable
Perfil topogrfico original
Perfil topogrfico tras hundimientos
Esquema de pozo minero en zona de geologa sub-
horizontal y relieve poco abrupto.
Estrato permeable: no confinado
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Labores mineras
Estrato impermeable
Perfil topogrfico original
Perfil topogrfico tras hundimientos
Esquema de pozo minero en zona de geologa sub-
horizontal y relieve poco abrupto.
Estrato permeable: no confinado
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Labor minera
Galeras de la mina
Estrato
permeable
Estratopermeable
Ro
Caa de pozo
DesageHundimientos
Esquema de pozo minero en zona de geologacompleja, verticalizada, y relieve abrupto.
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Labor minera
Galeras de la mina
Estrato
permeable
Estratopermeable
Gradiente hidrulico
Ro
Caa de pozo
DesageHundimientos
Esquema de pozo minero en zona de geologa
compleja, verticalizada, y relieve abrupto.
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Labor minera
Galeras de la mina
Estrato
permeable
Estratopermeable
Gradiente hidrulico
Ro
Caa de pozo
DesageHundimientos
Sondeos
Esquema de pozo minero en zona de geologacompleja, verticalizada, y relieve abrupto.
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TRATAMIENTOS FSICO-QUMICOSCONVENCIONALES
Eliminacin de slidos en suspensin
Tratamiento fsico-qumico Neutralizacin del cido con una base (cal, caliza,)
H2SO4+ Ca(OH)2CaSO4+ 2 H2OH2SO4+ CaCO3 CaSO4+ H2O + CO2
Oxidacin de hierro ferroso a frrico (tanques deagitacin)
Precipitacin de los hidrxidos de Fe formados Separacin de insolubles decantadores con ayuda
de floculantes
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TRATAMIENTOS PASIVOS
La utilizacin de tratamientos pasivos es una
alternativa a los tratamientos fsico-qumicosconvencionales, que siendo efectivos conllevenmenores costes de operacin y mantenimiento.
Los sistemas pasivosaprovechan los procesosnaturales fsicos,qumicos y biolgicos,
para la depuracin delas aguas, cuando stascirculan a travs desubstratos orgnicos.
OC SOS C
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PROCESOS DE DEPURACIN ENHUMEDALES CONSTRUIDOS
Sedimentacin y filtracin natural
Adsorcin y bioacumulacin
Intercambio inico Condiciones Aerobias:
Oxidacin e Hidrlisis de Fe y Mn
Condiciones Anaerobias:
Reduccin bacteriana de sulfatos Precipitacin desulfuros insolubles y aumento de alcalinidad
HUMEDALES AEROBIOS
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HUMEDALES AEROBIOS
Promueven la oxidacin y precipitacin de Fe y Mn
Un tratamiento efectivo requiere extensas superficies
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Humedal en Elklick site, Garrett
County, Maryland, USA
Eliminacin de Fe: 10g/da/m2
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HUMEDALES ANAEROBIOS
Influente _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
+_+_+_+Sustrato_+_+_+_+_+
30-45 cm +_+_orgnico+_+_+_+_
Efluente
Promueven la reduccin bacteriana de sulfatos y laeliminacin de metales:
2CH2O + SO42- H2S + 2HCO3-
M2++ H2S + HCO3-MS + 2 H2O + 2CO2
Diversos sustratos orgnicos + Adicin de caliza
Un tratamiento efectivo requiere extensas superficies
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Filson site, Jefferson County, PA, USA
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SISTEMAS CALIZOS ANXICOS(ALD )
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Efluente de un ALD,
Morrison II site, Clarion
County, Pennsylvania,
USA
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1.5m Agua libre
0.5m Sustrato orgnico
0.5-1m Caliza Drenaje
0.3m Arcilla
SISTEMAS REDUCTORES Y PRODUCTORESDE ALCALINIDAD (RAPS/SAPS)
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RAPS (una nica capa de compost y caliza mezclados)
Jennings site, Butler County, PA, USA
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Aprovechamiento del agua deMina como recurso
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE.COMPORTAMIENTO DEL ACUFERO
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE.CALIDAD DEL AGUA. FE (MG/L)
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE
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LA INUNDACIN TRAS EL CIERRE.CALIDAD DEL AGUA. ZN (MG/L)
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0
5
10
15
20
25
30
1
Jan
05
1
Jan
06
1
Jan
07
1
Jan
08
1
Jan
09
1
Jan
10
1
Jan
11
1
Jan
12
1
Jan
13
1
Jan
14
1
Jan
15
Zn TotalZn Disuelto
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EL AGUA EN LA MINA DE REOCN
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EL AGUA EN LA MINA DE REOCN
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El agua afect de manera muy importante a la explotacin dela mina y dificult, alarg y encareci enormemente las
operaciones de cierre. Hoy, el agua es de buena calidad conniveles metlicos bajos y niveles de sulfatos aceptables yconstituye el segundo embalse de Cantabria (36 Hm3), solosuperado por el pantano del Ebro. Ello, junto a la calidad delagua, abre oportunidades reales de aprovechamiento.
APROVECHAMIENTO AGUA DE MINA CCC
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APROVECHAMIENTO AGUA DE MINA CCC1. Aprovechamiento hdrico
Caracterizacin del embalse minero (volumen de huecos y recarga)
Regulacin conjunta de recursos superficiales y subterrneos2. Aprovechamiento geotrmico
Estabilidad de T, elevado COP, importantes caudales gran potencial
Determinacin de conductividades trmicas del terreno
Ahorro energtico y reduccin de emisiones de CO23. Aprovechamiento energtico mediante microturbinas
Cortesa de HUNOSA
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MODELO HIDROGEOLGICO
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MODELO HIDROGEOLGICO
Acufero multicapa:
+
Permeabilidadartificial
Acufero krstico:red de conductos (galeras).
Embalse subterrneo
Alteracin de las formaciones anteriores
Huecos tiles de las capas explotadas
+
Capas de carbn
Areniscas
Conglomerados silceos
Baja permeabilidad
natural
Impermeables Lutitas
FORMACIN DEL EMBALSE MINERO
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Situacin tras minera (Pends y Loredo, 2006):Hueco por extraccin del carbn y fracturacin del macizo;
nuevo acufero con una triple porosidad similar a la de
lo s acuferos carbonatados krs tic os(galeras y capasexplotadas
Situacin inicial (Pends et al., 2002):Pequeos acuferos en arenisca de un sistema multicapa de
pequea entidad
Si la descarga-desage (D) se anula, la recarga por infiltracin (R)
Inundacin de los huecos mineros
Si en un nivel dado se reanuda (D) y D=R
Formacin del EMBALSE SUBTERRNEO
FORMACIN DEL EMBALSE MINERO
EL AGUA DEL EMBALSE MINERO COMO
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Caudal mnimo anual de agua del GRUPO HUNOSA 36,8 Hm3.
Temperatura media de las aguas~20C
Recurso geotrmico de muy baja temperatura (30C)
Con los pozos Olloniego y Lieres ~ 40 Hm3/ao
Supera la capacidad conjunta de los embalses de Tanes y Rioseco
Medias mensuales (2004,2005,2006)
S. NICOLS SA NTIAGO SAN JORGE MONTSACRO S. ANTONIO POLIO TRES AMIGOS STA. BRBARA S. JOS FIGAREDO B ARREDO CAUDAL
2.096.054 1.817.689 396.840 167.584 3.321.100 1.950.604 834.723 1.391.727 3.929.166 2.946.325 1.716.993 20.568.804
CARRIO SOTN CEREZAL MLUISA FONDN CANDN I CANDN II MOSQUITERA S. MAMS SAMUO NALN
3.289.201 3.088.539 1.128.126 1.579.780 661.349 6 56.283 85.188 2.493.622 666.211 2.571.875 16.220.174
36.788.978 HUNOSA
EL AGUA DEL EMBALSE MINERO COMORECURSO
FORMACION DEL EMBALSE MINERO
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Cota definitiva inundacin ~ + 150 m.s.n.m. 8-02-2010
FORMACION DEL EMBALSE MINEROBARREDO-FIGAREDO
BALANCE HDRICO EMBALSE MINERO
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Precip itacin = Evapo trans pir acin + Es co rren ta superfic ial + Esco rren ta s ub terrnea
mm/ao l/s
Precipitacin media 1127 587
Lluvia til media 577 300
Caudal medio anual de bombeo (l/s) = InfiltracinFigaredo Barredo Total embalse
83,6 46,4 130
INFILTRACIN (l/s) = 0,23 LLUVIA TIL (l/s) + 61 (l/s) = [69 + 61](l/s)
130 l/s
BALANCE HDRICO EMBALSE MINEROBARREDO-FIGAREDO
Infiltracionse puede asimilar al volumen de agua bombeada de las laboresmineras en el embalse.
El exceso de lluvia efectiva que no se infiltra genera la escorrenta hacia losros de la cuenca.Parte del caudal del ro puede infiltrarse hacia labores mineras, debido alaumento de permeabilidad en reas altamente fracturadas inducido pormineria.
El periodo de retardo entre el episodio de lluvia y la entrada de agua en laslabores mineras ha sido estimado en unos 19 dias.
Eff. R 300 ls-1
( 577 mm)
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Barredoshaft
CaudalRiver
Turn River
Figaredoshaft
IT 130 ls-1
Fups. 761 ls-1
I1 69 ls-1
I2 61 ls-1
S = 16,41 km2
Run. 231 ls-1
R 587 ls-1(1127 mm)
A. E. 287 ls-1(550 mm)
Fdowns. 700 ls-1
KEY
S = sub-basin surfaceR. = RainfallEff. R. = Effective Rainfall
A. E. = Actual EvapotranspirationRun. = RunoffI1= Infiltration from rainfallI2= Infiltration from riverIT= Total InfiltrationFups.= Upstream river flowFdowns.= Downstream river flow
Modelo
conceptual y
balance de
agua para el
sistema
Barredo-
Figaredo
APROVECHAMIENTO GEOTRMICO
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Reinyeccin
APROVECHAMIENTO GEOTRMICODEL AGUA DE MINA
CARACTERIZACIN DEL AGUA DE MINA
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Usualmente el agua de mina va siendo mas caliente y mas mineralizada con laprofundidad. Parametros tales como temperatura o conductividad elctricadeben ser monitorizados en el embalse minero.
CARACTERIZACIN DEL AGUA DE MINA
USO DEL AGUA DE MINA COMO RECURSO
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U O GU CO O CU OGEOTRMICO
USO DEL AGUA DE MINA COMO
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USO DEL AGUA DE MINA COMORECURSO GEOTRMICO
Planta geotrmica de Heelerheide
Origen Minas inundadas
Caractersticas generalesClimatizacin edificios (froy calor)
Ubicacin Heeler (Holanda)
Entrada en funcionamiento 2008
Climatizacin Abastece un barrio conedificios de oficinas, 200viviendas, tiendas, unabiblioteca y unsupermercado
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USO DEL AGUA DE MINA COMO
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USO DEL AGUA DE MINA COMORECURSO GEOTRMICO
USO DEL AGUA DE MINA COMO RECURSO
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GEOTRMICO
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Agua de mina como recurso geotrmico
Evaluacin del potencial trmico:
- Caudal de agua disponible- Capacidad de regulacin
- Temperatura de las aguas
- Calidad del agua
Caudal total
disponible:36,8 Mm3
Volumen total
disponible:80,3 Mm3
-Bicarbonatadas/ Clcicas-Sin contenido importante en metales-Conductividad media 960 S/cm
-pH prximo a 7.4
POZO POLIO
0
10
20
30
17-feb-03 23-jun-04 1-oct-04 17-dic-04 16-mar-05 22-jun-05 16-set-05 21-dic-05 16-mar-06 15-jun-06 14-dic-06 22-mar-07
TEMPERATURA AIRE TEMPERATURA AGUA
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Carcter del agua
POCO INCRUSTANTE
HIDROQUIMICA DE LAS AGUAS
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Servicios geotrmicos Campus de Mieres
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Servicios geotrmicos Campus de Mieres
250 m
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Potenciales
usuarios proximos
al Pozo Barredo
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El aprovechamiento microhidrulico es unaposibilidad a tener en cuenta en el embalseminero
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Algunas de las operaciones mineras que envan ell l t d i d M l hl i
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g p qagua a la planta de regeracin de eMalahleni son:
Greenside Colliery
Kleinkopje Colliery South Witbank Colliery Navigation Colliery
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http://unesdoc.unesco.org/images/0021/002163/216327s.pdf
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George R. Watzlaf and Terry E. AckmanMine Water and the Environment (2006) 25: 114
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Gracias por la atencin
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Las aguas de mina: de sugestin como residuo a suaprovechamiento como recurso
48 Curso internacional de Hidrologa SubterrneaFCIHS
Jorge LoredoDpto. Explotacin y Prospeccin de Minas
Univ. Oviedo