ChuyỂn đỔi vẬt chẤt trong môi trưỜng không khí:
Theo định luật bảo toàn vật chất thì vật chất chỉ biến đổi từ dạng này sang dạng khác, di chuyển từ nơi này sang nơi khác chứ không tự sinh ra hay mất đi.
Giả thiết rằng ta có một khu vực nghiên cứu có một giới hạn nào đó, ví dụ như không khí trong 1 căn phòng hay không khí trên 1 khu đô thị… Một chất theo dòng không khí đi vào khu vực nghiên cứu sẽ xảy ra các tình huống:
-Bị tiêu hủy trong không gian đó (biến thành chất khác). -Tích lũy lại trong không gian đó mà không thay đổi tính chất. -Đi ra khỏi khu vực nghiên cứu mà không thay đổi tính chất. Tuân theo quy luật bảo toàn vật chất ta có:
Lượng đi vào = lượng chất tiêu hủy + lượng chất tích lũy + lượng chất đi ra.
Trong tự nhiên, không phải chất nào cũng tuân thủ đúng các quá trình này. Do vậy, chúng ta có các trường hợp sau:
Hệ thống bảo toàn vật chất ổn định:
Đây là trường hợp đơn giản nhất. Không gian nghiên cứu không xảy ra các trường hợp tiêu hủy hay tích tụ chất ô nhiễm. Khi đó ta có:
Lượng chất đi vào = lượng chất đi ra.(16)
Trường hợp này chỉ xảy ra trong trường hợp hệ thống nghiên cứu không có hay có khả năng tích lũy hay tiêu hủy chất ô nhiễm nhỏ không đáng kể.
-VD: không gian của 1 phòng A thông với phòng kế bên B và C. Không khí đi vào phòng A từ phòng B với lưu lượng LBvà nồng độ CO2 là CBvà không khí từ phòng C
với lưu lượng Lc và nồng độ CO2 là Cc . Không khí từ phòng A được quạt hút thải ra ngòai. Vậy lượng khí phải hút ra ngoài và nồng độ CO2ở khí thải là bao nhiêu ?
Nếu chúng ta thừa nhận đây là hệ thống bảo toàn ổn định nghĩa là: lưu lượng không khí và lượng CO2đi ra khỏi phòng A phải bằng lượng đi vào.
Do vậy: L = LB+ Lc
LxC = LBxCB+ LcxCc
(17)
Hệ thống vật chất ổn định không bảo toàn:
Trên thực tế, chất ô nhiễm phát tán trong không khí thường tham gia các phản ứng hóa học, sinh học nên lượng vật chất không được bảo toàn trong quá trình phát tán.
Khi đó biểu thức của hệ thống sẽ phải là:
Lượng đi vào = Lượng đi ra + Lượng bị tiêu hủy.
Nếu cho rằng chất ô nhiễm phân bố đồng đều trong không gian nghiên cứu và lượng chất bị tiêu hủy tỷ lệ với lượng chất ô nhiễm có trong không gian nghiên cứu, ta có thể viết như sau:
Lượng bị tiêu hủy = K.C.V (18)
Với: K- hệ số tiêu hủy chất ô nhiễm luôn mang dấu âm (-) C- nồng độ chất ô nhiễm trong không gian xét
V- thể tích không gian xét.
Xét biến thiên lượng chất ô nhiễm theo thời gian, ta có thể viết phương trình vi phân:
Giải phương trình vi phân trên , ta có :
(20) Trong đó:
Co-Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm bắt đầu xét t = 0.
Phương trình biến thiên nồng độ theo thời gian này cho ta thấy : Nồng độ chất ô nhiễm chỉ bằng không khi thời gian kéo dài vô tận. C→ 0 khi t→ ?
Kết quả là biểu thức toán học của hệ thống ổn định không bảo toàn là:
Lượng nhiễm vào = Lượng ô nhiễm + K.C.V
-VD: một phòng hút thuốc có thể tích 500m3có lượng thải khí formaldehyde (HCHO) từ khói thuốc lá là 140mg/h. Phòng được thông gió với lưu lượng 1000m3/h. Hay xác định nồng độ formaldehyde trong không khí nếu cho rằng hệ số chuyển đổi formaldehyde thành CO2là 0.4 h-1.
Giả thiết rằng nồng độ formaldehyde đồng đều trong phòng và bằng nồng độ trong khí ra khỏi phòng C. Ta có thể viết biểu thức toán cho hệ thống như sau:
Lượng đi vào = lượng đi ra + K.C.V
Hệ thống không bảo toàn vật chất và không ổn định:
Trong thực tế chúng ta gặp rất nhiều mô hình trong điều kiện không ổn định, tức là có sự lưu tồn chất ô nhiễm trong không gian xét. Bản thân sự phát thải chất ô nhiễm và lượng không khí đi qua không gian xét liên tục biến đổi theo thời gian. Trong trường hợp đó, người ta tìm cách đơn giản bài toán để có thể giải được. Mô hình toán của hệ thống này có dạng cơ bản là: