A model for coupled electro-hydro-mechanical processes in fine grained soils accounting for gas generation and transport

ABSTRACT

A theoretical and numerical model is developed for the quantitative analysis of coupled processes taking place in active waste containment systems, such as electrokinetic barriers or fences, in which alow intensity DC current is circulated across the clay barrier to move polar and non-polar contaminants. A novel feature of the proposed approach is the allowance for the presence of air in the pore space. Under unsaturated conditions, all transport coefficients involved in the electrokinetic process are strongly dependent on the degree of saturation of pore liquid. In order to assess the predictive capability of the proposed theory and to appreciate the impact of gas production at the electrodes, a series of numerical simulations of simple onedimensional electrokinetic tests have been performed. The results of the simulations compare reasonably well with data obtained from laboratory experiments performed on an illitic clayey silt. The numerical results indicate that the impact of gas production at the electrodes can be significant, even in low-intensity and short-duration treatments.

RESUMO

Um modelo teórico e computacional é desenvolvido para a análise quantitativa de processos acoplados que tomam lugar em sistemas de contenção de lixo tais como barreiras ou grades eletrocinéticas no qual uma DC corrente de baixa intensidade é circulada através da barreira de argila para movimentar contaminantes polares e não polares. Uma nova característica da abordagem proposta é permitir a presença de ar nos poros. Sob condições não saturadas todos os coeficientes de transporte envolvidos nos processos eletrocinéticos são fortemente dependentes do grau de saturação do líquido. Com o objetivo de avaliar a capacidade do modelo proposto de predizer e de apreciar o impacto da produção de gás nos eletrodos uma série de simulações numéricas foi realizada em testes eletrocinéticos simples unidimensionais. Os resultados das simulações concordam razoavelmente bem com dados experimentais obtidos em experimentos de laboratório realizados em argilas. Os resultados numéricos indicam que o impacto da produção de gás nos eletrodos pode ser significativo mesmo em tratamentos de baixa intensidade e curta duração.