Las aguas de mina: de su gestión como resíduo a su aprovechamiento como recurso

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 tras hundimientos

Esquema de pozo minero en zona de geologa sub-

horizontal y relieve poco abrupto.


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Labores mineras

Estrato impermeable







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Labores mineras

Estrato impermeable







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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.CALIDAD DEL AGUA. FE (MG/L)

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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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92

Gracias por la atencin


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