Chương 2 Mô hình hóa chất lượng môi trường nước

10-May-11 1 LOGO Chương 2 MÔ HÌNH HÓA CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Bài 2 GVGD: TRƯƠNG THỊ THU HƯƠNG NỘI DUNG BÀI 2 3 1 2.1. SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY TRONG SÔNG 2 2.2. NGUỒN NƯỚC VÀ PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC 2.3. HIỆN TƯỢNG LAN TRUYỀN VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 4 2.4. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT CHO KÊNH SÔNG 2.6. BÀI TẬP ỨNG DỤNG6 5 2.5. MÔ HÌNH STREETER– PHELPS MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRÊN KÊNH SÔNG 2.1. SÔNG NGÒI VÀ SỰ HÌNH THÀNH DÒNG CHẢY TRONG SÔNG Nước mưa khi rơi xuống đất, một phần bị tổn thất do bốc hơi, một phần đọng ở các chỗ trũng và ngấm xuống đất, phần còn lại chạy dọc theo sườn dốc tạo thành dòng chảy mặt trên các khe, suối, và chảy xuống đồng bằng trong các sông. Sông trực tiếp chảy ra biển hay vào các hồ gọi là sông chính. Các sông chảy vào sông chính gọi là sông nhánh cấp 1. Các sông chảy vào sông nhánh cấp 1 gọi là sông nhánh cấp 2,… Tất cả các sông chính và nhánh, cùng các khe suối, ao hồ, đầm lầy hợp thành một hệ thống sông, và người ta lấy tên sông chính để đặt tên cho hệ thống sông này. Ví du: hệ thống sông Hồng, hệ thống sông Mekong. 2.1.1. HEÄ THOÁNG SOÂNG NGOØI Laø phaàn ñaát maø treân ñoù nöôùc chaûy vaøo soâng (khu vöïc taäp trung nöôùc cuûa soâng). Ñöôøng phaân nöôùc cuûa löu vöïc Laø ñöôøng nối lieàn caùc ñieåm cao nhaát chung quanh löu vöïc, ngaên caùch löu vöïc naøy vôùi löu vöïc beân caïnh. Vì ñaây laø ñöôøng qua caùc ñieåm cao nhaát neân nöôùc möa rôi xuoáng seõ chaûy treân caùc söôøn doác ñoå vaøo hai löu vöïc cuûa hai con soâng khaùc nhau. 2.1.2. LÖU VÖÏC SOÂNG 2 3 4 5 6 7 6 7 5 6 7 5 4 3 4 5 5 5 2 6 7 5 4 3 2 1 1 3 4 6 6 7 6 Soâng Y Ñeå xaùc ñònh ñöôøng phaân nöôùc caàn coù baûn ñoà ñòa hình vaø caùc ñöôøng ñaúng ñoä cao cuûa löu vöïc. 10-May-11 2 2.1.3. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG 2.1.3. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG (tt) Söï hình thaønh doøng chaûy maët: Quaù trình möa: Doøng chaûy trong soâng ngoøi chuû yeáu hình thaønh do möa rôi xuoáng löu vöïc, neân möa laø khaâu ñaàu tieân trong quaù trình hình thaønh doøng chaûy soâng ngoøi. Cöôøng ñoä möa: laø löôïng möa trong moät ñôn vò thôøi gian, tteân 1 ñôn vò dieän tìch (m2). Kyù hieäu laø X (mm). Quaù trình toån thaát nöôùc: Laø löôïng nöôùc möa bò ngaám vaøo ñaát, ñoïng laïi treân thöïc vaät hay boác hôi ØKhi cöôøng ñoä möa nhoû hôn cöôøng ñoä thaám thì taát caû möa rôi xuoáng ñeàu bò thaám vaøo ñaát. ØKhi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì löôïng nöôùc thöøa tren mặt đất seõ laøm ñaày những nôi bò truõng trong löu vöïc, löôïng nöôùc naøy seõ tieáp tuïc maát ñi do quaù trình thaám vaø boác hôi. 2.1.3. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG (tt) Quaù trình traøn treân söôøn doác: ØKhi cöôøng ñoä möa lôùn hôn cöôøng ñoä thaám thì ñeán moät luùc naøo ñoù löôïng möa xuoáng lôùn hôn löôïng nöôùc thaám, luùc naøy xuaát hieän hieän töïông chaûy traøn. Ø Thôøi gian baét ñaàu hieän töôïng chaûy traøn phuï thuoäc vaøo caáu truùc ñaát ñaù. Nhöõng nôi naøo ít thaám, doác nhieàu thì xuaát hieän sôùm hôn, vaø sau ñoù, neáu möa moãi luùc moät lôùn hôn thì phaïm vi chaûy traøn seõ phaùt trieån toaøn boä löu vöïc bò möa. Ø Doøng chaûy traøn coù toác ñoä vaø beà daøy lôùp nöôùc traøn phuï thuoäc vaøo töông quan giöõa cöôøng ñoä möa vaø cường độ thaám, ñoä doác maët ñaát vaø ñoä nhaùm maët doác. Röøng caây cuõng laø nhaân toá quyeát ñònh lôùp nöôùc traøn vaø toác ñoä, cuõng nhö thôøi gian chaûy traøn. Quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng: Nöôùc möa traøn treân söôøn doác roài taäp trung vaøo soâng. Sau ñoù chaûy trong soâng ñeán cöûa ra, ñaây laø quaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng. ØQuaù trình taäp trung doøng chaûy trong soâng baét ñaàu töø khi nöôùc chaûy töø söôøn doác vaøo soâng, cho ñeán khi löôïng nöôùc cuoái cuøng vaøo soâng chaûy ra heát khoûi cöûa ra cuûa löu vöïc soâng. Ø Ñaây laø moät quaù trình thuûy ñoäng löïc raát phöùc taïp, noù lieân quan tôùi ñòa hình, ñòa chaát loøng soâng. 2.1.3. SÖÏ HÌNH THAØNH DOØNG CHAÛY SOÂNG (tt) 10-May-11 3 1. Nhaân toá khí haäu: a)Nhieät ñoä: Maët ñaát, maët nöôùc, khoâng khí. b) AÙp suaát khoâng khí. c) Gio, Baõo. e) Ñoä aåm khoâng khí (aùp suaát hôi nöôùc, baõo hoaø, ñoä aåm tuyeät ñoái, töông ñoái) f) Boác hôi (beà maët nöôùc,beà maët ñaát, qua thöïc vaät) g) Möa. 2. Nhaân toá maët ñeäm: a) Vò trí ñòa lyù vaø ñòa hình cuûa khu vöïc. b) Ñòa chaát, thoã nhöôõng. c) Lôùp phuû thöïc vaät. d) Ao hoà vaø ñaàm laày. 3. Hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi: a) Caùc hoaït ñoäng noâng nghieäp: ruoäng baäc thang, bôø vuøng, bôø thöûa. hoà chöùa loaïi nhoû...(taùc duïng giöõ nöôùc) b) Caùc hoaït ñoäng laâm nghieäp: troàng caây gaây röøng, chaén gioù, luõ... c) Caùc hoaït ñoäng thuûy lôïi: Xaây döïng hoà chöùa, laøm nhaø maùy thuûy ñieän ñeå ñieàu tieát nöôùc... NHÖÕNG NHAÂN TOÁ AÛNH HÖÔÛNG ÑEÁN DOØNG CHAÛY SOÂNG NGOØI: 2.1.4. Những đại lượng đặc trưng của dòng chảy Mặt cắt ướt kênh Các đặc trưng thủy lực của mặt cắt ướt kênh : • Chiều sâu (m): h • Bề rộng đáy kênh (m): b • Bề rộng mặt thoáng(m): B • Diện tích mặt cắt ướt (m2): A • Chu vi ướt (m): P • Bán kính thủy lực (m): R = A/P • Hệ số mái dốc: m = cotgϕ Lưu lượng Q (m3/s) Lưu lượng là thể tích nước qua mặt cắt ngang vuông góc với các đường dòng (mặt cắt ướt) trong sông trong một đơn vị thời gian. Nếu dòng chảy là dòng đều, thì lưu lượng dòng chảy còn được tính theo công thức Chezy: RiACQ = A- là diện tích mặt cắt ướt; C- là hệ số Chezy; C được tính theo Manning: R- là bán kính thuỷ lực; n- hệ số nhám; i - là độ dốc đáy sông. 6/11 R n C = Tổng lượng dòng chảy sau một thời gian T (m3): Là thể tích nước chảy qua mặt cắt ngang vuông góc dòng chảy trong một khoảng thời gian T: W=QtbT Trong đó: Qtb- là lưu lượng trung bình trong khoảng thời gian T Module dòng chảy: (lít/s.km2) M=(103Q)/F Vận tốc trung bình dòng chảy: (m/s) V=Q/A 2.1.4. Những đại lượng đặc trưng của dòng chảy (tt) ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA THỂ NƯỚC § Đặc tính thủy động . Nước sông được đặc trưng bởi hướng dòng chảy và độ sâu tương đối của lớp nước . Dòng chảy thay đổi liên tục theo không gian và thời gian. Diễn ra sự xáo trộn liên tục theo phương đứng nhờ dòng đối lưu và dòng rối. Ngoài ra sự xáo trộn theo phương ngang do sự hợp lưu hay những nơi sông rộng. . Đặc tính thủy động của mỗi dạng nước do kích thước của thủy vực và khí hậu quyết định § Đặc tính sinh học Thông số sinh học: gồm loại và mật độ của các vi khuẩn gây bệnh, các vi sinh vật trong mẫu nước phân tích. 10-May-11 4 § Đặc tính hóa hữu cơ của nước thể hiện qua quá trình sử dụng ôxy hòa tan trong nước của các loại vi khuẩn, vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ. Các thông số đặc trưng ở đây là: Nhu cầu ôxy sinh học BOD (mg/l), nhu cầu ôxy hóa học COD (mg/l), nhu cầu ôxy tổng số TOD (mg/l), tổng số C hữu cơ TOC (mg/l). Trong các thông số trên, BOD là thông số quan trọng nhất. § Đặc tính hoá vô cơ của nước bao gồm độ mặn, độ cứng, độ pH, độ axít, độ kiềm, lượng chứa các ion, mangan (Mn), Clo (Cl), Sunfat (SO4)… § Đặc tính hóa lý Ø Thông số vật lý: màu sắc, mùi vị, nhiệt độ của nước, lượng các chất rắn lơ lửng và hòa tan trong nước, các chất dầu mỡ trên bề mặt nước. Ø Các thông số hóa học: phản ánh những đặc tính hóa học hữu cơ và vô cơ của nước. ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA THỂ NƯỚC (tt) 2.2. NGUỒN NƯỚC VÀ PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC 2.2.1. Sự hình thành chất lượng và thành phần tính chất nguồn nước Khoáng vật, thổ nhưỡng, sinh vật và con người…- Các yếu tố này tác động làm cho nồng độ các chất trong nước tăng lên hay giảm đi. Các yếu tố tác động trực tiếp Khoáng vật Thổ nhưỡng Sinh vật và con người Nhôm silic chiếm phần lớn trong lớn vỏ trái đất phong hoá được chuyển vào nước. Gồm thành phần vô cơ (90-95%); thành phần hữu cơ và hữu cơ khoáng vật. Sinh vật có vai trò thực hiện điều chỉnh cân bằng sinh thái, tạo năng suất sinh học sơ cấp và các chất hữu cơ ban đầu Khí hậu Địa hình Các yếu tố điều khiển 2.2.1. Sự hình thành chất lượng và thành phần tính chất nguồn nước (tt) Các yếu tố điều khiển bao gồm : khí hậu, địa hình, chế độ thuỷ văn, sự phát triển của hệ thực vật thuỷ sinh. Ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng và nồng độ các chất, đến các phản ứng hoá học, sinh học... Ảnh hưởng gián tiếp đến các quá trình khoáng hoá, xói mòn và rửa trôi bề mặt Thuỷ văn Thành phần của nước, nồng độ các chất hoá học trong nước phụ thuộc vào dòng chảy, chiều dài dòng chảy và diện tích lưu vực. Qúa trình hình thành chất lượng nước Qúa trình khuếch tán là quá trình dịch chuyển các chất hoà tan, phân tán trong nước do ảnh hưởng của gradient nồng độ. Tuân thủ theo định luật Fick Quá trình vận chuyển Là qúa trình chuyển tải khối lượng các chất trong dòng chảy do khuếch tán đối lưu, do sự xáo trộn theo các hướng khác nhau Qúa trình hình thành chất lượng nước Cần phân biệt: diffusion (khuếch tán) và dispersion (phân tán). • Phân tán: chỉ tác động kết hợp giữa khuếch tán phân tử (molecular diffusion) và khuếch tán rối (turbulent diffusion). • Khuếch tán phân tử do ảnh hưởng của gradient nồng độ. Cả hai quá trình này đều do xung động gây ra theo định luật Brown 10-May-11 5 Quá trình vận chuyển các chất vào nguồn nước Thuỷ phân: phản ứng trao đổi giữa nước và các loại khoáng chất. Hoà tan: phá huỷ cấu trúc mạng tinh thể của các loại muối và phân ly thành các dạng ion Quá trình tách vật chất khỏi nguồn nước Bao gồm các qúa trình lắng đọng do tỷ trọng, nồng độ vượt giới hạn bảo hoà; qúa trình hấp phụ; quá trình keo tụ; các quá trình phản ứng giữa các hợp chất và các quá trình sinh thái chất lượng nước. Thành phần và tính chất của nước Gồm các ion của muối khoáng, Cl-, SO42-, HCO3-, CO32- và các ion kim loại Na+, K+,Ca2+, Mg2+,Mn2+ ... Hoà tan từ khí quyển (O2, N2, CO2, các loại khí trơ...); từ quá trình sinh hoá (H2S,CH4,N2,CO2...) và quá trình biến đổi trong khoáng chất có sẵn trong nước ngầm. Các loại thuỷ sinh vật trong nước: vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, tảo, nguyên sinh động vật, động vật đa bào, động vật có xương, nhuyễn thể... Các chất thải có nguồn gốc từ sinh vật sống hoặc chết. •Phân loại theo tỷ trọng: lắng được và lơ lửng. •Phân loại theo kích thước: lọc được và không lọc được, các hợp chất keo và dạng hoà tan. Phân loại nguồn nước 1. Theo mục đích sử dụng được chia thành các loai nguồn nước: cấp cho sinh hoạt, và các mục đích khác như giải trí, tiếp xúc với nguồn nước và nuôi trồng các loại thuỷ sản. 2. Theo độ mặn thường theo nồng độ muối trong nguồn nước được chia thành nước ngọt, nước lợ và nước mặn. 3. Theo vị trí nguồn nước chia thành các nguồn nước mặt (sông, suối, ao, hồ...) nước ngầm 2.2.2. Chất lượng nguồn nước và đánh giá chất lượng nguồn nước Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nguồn nước chỉ tiêu vật lý chỉ tiêu hoá học chỉ tiêu sinh học Các nguồn gây ô nhiễm? 10-May-11 6 Sơ đồ của một hệ thống Trong một khoảng thời gian, sự cân bằng khối lượng của hệ được mô tả bằng phương trình sau (nếu bỏ qua sự khuếch tán và chuyển tải): Sự tích tụ = nguồn nạp- dòng ra- phản ứng- lắng đọng (A) (L) (O) (R) (S) 2.3.1.Phương trình cân bằng khối lượng cho hệ trộn tốt 2.3. HIỆN TƯỢNG LAN TRUYỀN VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Khối lượng: là lượng chất thải trong hệ được mô tả bằng khối lượng của chúng Nồng độ: Trong đó: C- nồng độ (mg/l); m- khối lượng (mg); V- thể tích (l) Một số khái niệm cơ bản V mC = Tải lượng: W= Q.C Lưu lượng: Q= Ac.U Thông lượng: J= U.C Thông lượng có thể được tính theo định nghĩa là khối lượng trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian: cc A W tA mJ == 2.3. HIỆN TƯỢNG LAN TRUYỀN VẬT CHẤT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC (tt) Sự lan truyền các chất trong nước chủ yếu dựa vào hai hiện tượng: chuyển tải và phân tán. • Chuyển tải là sự di chuyển của chất hòa tan hay các hạt vật chất ở một vận tốc dòng chảy nhất định theo một trong 3 hướng (dọc, ngang, thẳng đứng). • Sự phân tán liên quan đến quá trình hòa trộn các chất với nhau trong cột nước. Sự phân tán cũng diễn ra theo cả ba hướng như quá trình chuyển tải. (1) chuyển tải, sự di chuyển của chất hoà tan hay hạt mịn theo dòng chảy; (2) sự khuếch tán rối, sự lan tỏa của chất hoà tan do mạch động xoáy; (3) sự phân tán, sự lan tỏa của chất hoà tan do mạch động xoáy trong một trường gradian vận tốc vĩ mô. 10-May-11 7 Khuếch tán phân tử (Molecular diffusion) : Khuếch tán phân tử là sự hòa trộn của các hóa chất hòa tan do chuyển động ngẫu nhiên của phân tử trong chất lưu. Khuếch tán rối (turbulent diffusion): khuếch tán rối hay xáo động (turbulent or eddy diffusion) có nghĩa là sự hòa trộn của các chất hòa tan do sự rối trong phạm vi vi mô. Đây là một quá trình tải ở mức độ vi mô do mạch động xoáy trong dòng chảy rối. Phân tán (dispersion): sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradian vận tốc do lực cắt trong khối nước một sự xáo trộn có bậc lớn hơn gọi là phân tán. Sự lan truyền độc chất trong dòng chảy và sông diễn ra chủ yếu là do sự chuyển tải, tuy nhiên sự lan truyền trong hồ và vùng cửa sông diễn ra do sự phân tán. 2.3.1. Quá trình chuyển tải các chất Như vậy, sự lan truyền theo cơ chế chuyển tải là sự di chuyển của khối lượng vật chất được nạp vào trong một dòng chảy và đi từ điểm này đến điểm khác. Khối lượng vật chất được dòng chảy vận chuyển theo các thành phần véctơ vận tốc U(U, V, W). Khối lượng chuyển tải theo phương x bằng CUdydz. Trong đó C là nồng độ chất đang xét. QCACuJ == Trong đó J là cường độ (tốc độ) xả thải trong một đơn vị thời gian (còn gọi là tải lượng) có thứ nguyên là khối lượng/thời gian (m/t); u là vận tốc dòng trung bình có đơn vị m/s; C là nồng độ chất hòa tan có đơn vị mg/m3 và Q là lưu lượng dòng chảy có đơn vị m3/s. Dòng chảy trong kênh sông gây nên sự phân tán theo phương ngang và dọc theo lòng dẫn 2.3.1. Quá trình chuyển tải các chất (tt) Chuyển động chuyển tải từ điểm a tới điểm b. Trong tình trạng dòng chảy ổn định δQ/δt = 0 và δC/δt = 0 thì tải lượng thải là hằng số theo thời gian. Khi lưu lượng dòng chảy hoặc nồng độ là biến số theo thời gian thì tải lượng (sự lan truyền theo cơ chế tải của một khối lượng) cũng là hàm số theo thời gian. Sự thay đổi khối lượng theo thời gian do chuyển tải có thể được viết theo phương trình sau: ( ) ( ) tCQCQVC bbaa D-=D ΔKhối lượng = (tốc độ khối lượng dòng vào – tốc độ khối lượng dòng ra)Δt 2.3.1. Quá trình chuyển tải các chất (tt) ( ) bbaa CQCQt VC -= D D Chia cho Δt trong phương trình trên ta có: ( ) xA QC t C D D- = D D ( ) x Cu x QC At C ¶ ¶ -= ¶ ¶ -= ¶ ¶ 1 Phương trình toán học mô tả quá trình chuyển tải khi tốc độ dòng chảy và/hoặc nồng độ thay đổi 10-May-11 8 2.3.1. Quá trình chuyển tải các chất (tt) Ví dụ : Về tính chuyển tải của chất hòa tan Tính tải lượng khối lượng trung bình (kg/ngày) của thuốc trừ sâu alachlor đi từ một điểm trong một con sông tiêu nước cho lưu vực nông nghiệp rộng lớn. Nồng độ trung bình của thuốc trừ sâu là 1,0 μg/l, và dòng chảy trung bình là 50 m3/s. (bỏ qua hiện tượng chảy tràn). Giải CQJ .= 3,4 10 86400.1000.1.50 9 ==J (kg/ngày) Một số đơn vị được sử dụng khi tính tóan chất lượng nước vMực nước H: mét (cao độ Hà tiên) vLưu lượng nước sông Q: m3/s vNồng độ Mặn: g/L hay ppt (%0) vNồng độ BOD, DO,SS,T-N,T-P,NH4: mg/l vLưu lượng nước thải hay tải lượng nước thải: m3/s Trong thực tế, với nước thải thường dùng đơn vị m3/ngày đêm, nồng độ thường dùng đơn vị tấn hay kg/ngày-đêm. Vì vậy khi tính cần phải chuyểnđổi đơn vị + Tải lượng: T (m3/ngàyđêm) «T1 (m3/s) với T1=T/86400 + Nồng độ C (kg/ngày-đêm) «C1 (kg/m3) với C1=C/T C1 (kg/m3) « C2 (mg/L) với C2 = C1* 103 Hay C2=C*1000/T 2.3.2. Quá trình khuếch tán Mô phỏng lan truyền chất: sự khuếch tán 2.3.2. Quá trình khuếch tán (tt) Định luật Fick 1 (1855) Thí nghiệm của Fick Thí nghiệm về sự lan truyền khuếch tán chất từ a đến b. Bắt đầu thí nghiệm, t = 0, tất cả chất hoà tan trong ống nghiệm ở bên tay trái. Khi thí nghiệm bắt đầu, khối chất di chuyển từ khu vực nồng độ cao sang nồng độ thấp theo định luật Fick và khuếch tán cho đến khi trạng thái cân bằng được thiết lập. 10-May-11 9 Fick xác định khối lượng chuyển đi bởi khuếch tán tỷ lệ với diện tích mặt cắt ngang dụng cụ và độ dốc của gradian nồng độ. dx dCAJm » Jm là tốc độ biến đổi dòng thông lượng do khuếch tán, (có thứ nguyên là khối lượng/thời gian); A là diện tích mặt cắt ngang, dC/dx là gradian nồng độ (có thứ nguyên là khối lượng/thể tích.độ dài). Định luật Fick 1 (tt) Cần một hằng số tỷ lệ để thay đổi tính cân đối vào phương trình sau: dx dCDAJ m -= Từ đó, định luật 1 của Fick về khuếch tán có thể được viết trên cơ sở diện tích như sau: Định luật Fick 2 Định luật thứ 2 của Fick được suy ra từ định luật khuếch tán 1 áp dụng cho trạng thái không ổn định. Từ định luật khuếch tán thứ nhất của Fick có thể được viết dưới dạng phương trình sai phân và sau đó đem chia cho thể tích tăng thêm V = A.Δx x CDAJ D D -= x CDA t CV D D -= D D xx CD t C DD D-= D D 2 2 0lim x CD t C t ¶ ¶ = ¶ ¶ ®D 2.3.3. Phương trình lan truyền chất R Jvao 1 Dx x 1 C 2 2 Jra Cơ sở lý thuyết: Phương trình lan truyền chất được xây dựng dựa trên định luật bảo toàn khối lượng trong không gian vi phân nằm giữa hai mặt cắt ướt kênh. x x CC D ¶ ¶+ Gọi DW là thể tích của đoạn dòng chảy đang xét : DW=A Dx. Bieán thieân khoái löôïng chaát cuûa ñoaïn doøng chaûy trong thôøi gian Dt: ØXeùt bieán thieân khoái löôïng chaát cuûa ñoaïn keânh ØXeùt bieán thieân khoái löôïng chaát do phaûn öùng Goïi R laø khoái löôïng chaát taêng leân hay maát ñi trong moät ñôn vò thôøi gian trong ñoaïn keânh do phaûn öùng Nhö vaäy, trong khoaûng thôøi gian Dt, khoái löôïng chaát thay ñoåi trong ñoaïn keânh do phaûn öùng vaø cheânh leäch giöõa doøng vaøo-ra laø: ( ) tRAJAJ ravao D±-RAJAJ t CW ravao ±-=¶ ¶ D t t CW D ¶ ¶ D 2.3.3. Phương trình lan truyền chất (tt) Chênh lệch nồng độ ra-vào đoạn kênh qua hai mặt cắt ướt trong thời gian Dt là: t t C D ¶ ¶ 10-May-11 10 Nếu dòng chảy chỉ xảy ra sự đơn chuyển (chuyển tải), thì thông lượng được tính theo phương trình: J = UC Jvao : thông lượng chất vào đoạn kênh trên một đơn vị diện tích mặt cắt ướt trong một đơn vị thời gian, do chuyển tải và khuếch tán Jra : thông lượng chất ra khỏi đoạn kênh trên một đơn vị diện tích mặt cắt ướt trong một đơn vị thời gian, do chuyển tải và khuếch tán ØXeùt thoäng löôïng chaát vaøo vaø ra khoûi ñoaïn Dx 2.3.3. Phương trình lan truyền chất (tt) x CEUCJ ¶ ¶ -= Nếu dòng chảy là dòng rối, tức là ở đây xảy ra cả quá trình chuyển tải và quá trình khuếch tán, thì thông lượng được tính theo phương trình: U - vận tốc dòng chảy ; A - diện tích mặt cắt ngang của đoạn dòng chảy; E - hệ số khuếch tán dọc. xΔ x CC ¶ ¶ +C , laø noàng ñoä chaát taïi maët caét 1-1ø, 2-2 x C EUCJ ¶ ¶ -= Thaønh phaàn chuyeån taûi Thaønh phaàn khuyeách taùn (ñònh luaät Fick) x CEUCJ vao ¶ ¶ -= ú û ù ê ë é ÷ ø ö ç è æ ¶ ¶ ¶ ¶ + ¶ ¶ -÷ ø ö ç è æ ¶ ¶ += xΔ x C xx CExΔ x CCUJra Ñeå xaùc ñònh R, neáu chæ xeùt ñeán phaûn öùng phaân huûy (phaûn öùng naøy laøm cho vaät chaát bò maát ñi) baäc 1 (tyû leä baäc 1 vôùi khoái löôïng vaät chaát bieán ñoåi trong theå tích ñang xeùt), thì : R K WC= - D Cuoái cuøng suy ra C C C C CW UAC UA C x EA EA x K WC t x x x x x ¶ ¶ ¶ é¶ ¶ ¶ ùæ ö æ öD = - + D - + + D - Dç ÷ ç ÷ê ú¶ ¶ ¶ ¶ ¶ ¶è ø è øë û K là hệ số của phản ứng Þ Phöông trình moâ taû quaù trình truyeàn chaát KC x CE x CU t C 2 2 - ¶ ¶ + ¶ ¶ -= ¶ ¶ Keát hôïp vôùi phöông trình lieân tuïc, Þ daïng hoaøn thaønh theå cuûa Pt truyeàn chaát ( ) ( ) ))C(G)C(f(AAUC xx CAE x AC t ++ ¶ ¶ -÷ ø ö ç è æ ¶ ¶ ¶ ¶ = ¶ ¶ Thaønh phaàn vaät ch