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目录译者序前言致谢关于作者及贡献者第一篇　诱因与构架第1章　工程与环境3

1.1 引言4

1.2　什么是“环境”？4

1.3　构架环境议题5

1.3.1　有益的变化还是有害的变化？6

1.3.2　进入公众决策7

1.4　工程的作用8

1.5　实现“绿色”工程的途径9

1.5.1　环境影响的来源10

1.5.2　生命周期方法11

1.5.3　工业生态学与可持续发展12

1.6.1　质量守恒13

1.6　基本的工程原理13

1.6.2　能量守恒15

1.6.3　数学模型的应用16

1.7　后续章节的内容16

参考文献17

思考题与习题17

第2章　环境问题综述19

2.1　引言20

2.2　环境关注21

2.3　大气排放物21

2.3.1　列入大气环境质量标准的污染物22

2.3.2　有毒有害的大气污染物30

2.3.3　酸沉降32

2.3.4　平流层臭氧破坏34

2.3.5　温室气体35

2.4　水污染39

2.4.1　水源和水的利用39

2.4.2　主要的水污染物39

2.4.3　饮用水水质44

2.4.4　地表水标准47

2.4.5　地下水水质49

2.5　固体废物和有毒有害废物52

2.5.1　有毒有害废物52

2.5.2　非有毒有害废物55

2.6　放射性废物59

2.6.1　高放废物60

2.6.2　超铀元素废物62

2.6.3　低放废物63

2.6.4　铀冶炼尾矿64

2.7　自然资源的损耗65

2.8　土地利用和生态影响68

2.8.1　生物多样性68

2.8.2　栖息地的减少70

2.8.3　海洋生态系统71

2.8.4　土地利用实践72

参考文献72

思考题与习题74

第二篇 环境友好的技术设计第3章　汽车与环境79

3.1　汽车和社会80

3.2.1　城市空气污染82

3.2　汽车的环境影响82

3.2.2　温室气体排放85

3.2.3　材料使用和固体废物88

3.2.4　其他环境影响91

3.3　燃料和能源需求92

3.3.1　匀速行驶功率92

3.3.2　上坡功率94

3.3.3　加速功率95

3.3.4　能源效率96

3.3.5　燃料消耗98

3.4　工程上更清洁的车辆101

3.4.1　能效设计102

3.4.2　污染物是如何形成的103

3.4.3　低排放设计106

3.4.4　替代燃料108

3.4.5　新型机动车109

3.5　结论112

参考文献113

思考题与习题113

第4章　电池与环境118

4.1　引言119

4.1.1　环境关注120

4.1.2　近期“绿色”努力122

4.2　电池基础知识124

4.2.1　电池历史简介124

4.2.2　电池如何工作125

4.2.3　理论电压128

4.2.4　理论容量129

4.2.5　实际容量130

4.3　电池特性131

4.3.1　电压与时间131

4.3.2　工作温度的影响135

4.3.3　存放寿命136

4.3.4　可充电电池的寿命137

4.3.5　电池充电器138

4.4　电池的应用139

4.4.1　基于电流的放电特征139

4.4.2　多节电池的使用141

参考文献142

4.5　结语142

思考题与习题143

第5章　电厂与环境146

5.1　电力的作用147

5.2　环境影响综述148

5.2.1　化石燃料的环境影响149

5.2.2　核电站的环境影响158

5.2.3　可再生能源的环境影响161

5.3　电力基本原理162

5.3.1　电流、电压和功率162

5.3.2　能量、热和功163

5.3.3　发电机163

5.4.1　蒸汽电站165

5.3.4　涡轮机和能源165

5.4　化石燃料电站的性能165

5.4.2　燃气轮机电厂173

5.4.3　联合循环电厂174

5.5　减少环境影响176

5.5.1　环境控制技术176

5.5.2　改进能源效率185

5.6　替代能源和技术187

5.6.1　核能189

5.6.2　生物质能和垃圾能190

5.6.3　地热能190

5.6.4　水电191

5.6.5　风能193

5.6.6　电化学发电195

5.6.7　光电发电机198

5.7　环境影响比较200

5.8　展望未来200

5.8.1　环境展望200

5.8.2　技术前景201

5.9　结论202

参考文献203

思考题与习题204

第6章　制冷与环境208

6.1 引言209

6.2　环境综述210

6.3　替代制冷剂212

6.4　制冷基础214

6.4.1　一次能量流214

6.4.2　制冷循环217

6.4.3　若干基本问题218

6.4.4　热动力学关系218

6.4.5　制冷剂性质221

6.5　设计无CFC冰箱223

6.5.1　制冷剂质量流223

6.5.2　制冷剂负荷226

6.5.3　制冷循环效率226

6.5.4　替代制冷剂比较228

6.6　减少能源消耗230

6.6.1　压缩机的能量需求231

6.6.2　辅助能量需求233

6.6.3　总能量消耗234

6.6.4　绝热设计234

6.6.5　CFC替代品的能量影响237

6.7　趋势和未来技术238

6.7.1　能效标准238

6.7.2　未来冰箱240

6.8　结论241

参考文献242

思考题与习题242

第7章　环境生命周期评价246

7.1　引言247

7.2.1　产品设计的决策248

7.2　生命周期评价的原则248

7.2.2　生命周期评价的步骤250

7.2.3　生命周期评价的范围251

7.3　清单分析252

7.3.1　清单分析的主要组成252

7.3.2　计算机壳的实例分析253

7.3.3　计算机壳的量化分析258

7.4　影响分析263

7.4.1　影响范畴264

7.4.2　环境影响排序265

7.4.3　影响的量化267

7.5.1　改进电脑机壳的电保护层268

7.5　改进分析268

7.5.2　改进电脑机壳废物管理271

7.6　结论275

参考文献276

思考题与习题277

第三篇 环境过程模拟第8章　控制城市烟雾283

8.1　城市大气污染概述284

8.1.1　伦敦烟雾284

8.1.2　洛杉矶烟雾284

8.2　实现大气质量目标286

8.2.1　测量单位286

8.2.2　空气质量标准287

8.2.3　排放源287

8.3　城市地区污染物的积累289

8.2.4　工程师的作用289

8.3.1　稳态条件下的非反应性污染物291

8.3.2　动态条件下的非反应性污染物297

8.3.3　动态条件下反应性污染物300

8.4　大气中的臭氧301

8.4.1　城市大气的臭氧水平301

8.4.2　臭氧对健康的影响303

8.4.3　“坏臭氧”对“好臭氧”303

8.5　城市地区大气中臭氧的形成304

8.5.1　光化学循环305

8.5.2　碳氢化合物的作用307

8.5.3　光化学烟雾和气象309

8.6.1　VOC浓度对臭氧形成的影响310

8.6　控制臭氧的形成310

8.6.2 NOx浓度对臭氧形成的影响311

8.6.3　臭氧浓度等值线图312

8.6.4　控制策略区划315

8.6.5　碳氢化合物的臭氧形成潜力318

8.7　结论323

参考文献323

思考题与习题324

第9章　水生环境中的PCBs328

9.1 引言：什么是PCBs？329

9.2 PCBs的毒性330

9.3 环境中的PCBs331

9.3.1 PCBs的归宿和浓度331

9.3.2　PCBs的环境标准333

9.4 PCBs的化学334

9.5　PCBs从污染源的释放337

9.5.1　释放的途径337

9.5.2　案例：波士顿海湾的PCBs338

9.6　PCBs在接受水体中的迁移340

9.6.1　混合与稀释340

9.6.2　颗粒物的沉降343

9.7　PCBs在接受水体中的分配过程347

9.7.1　河水和沉积物之间的分配347

9.7.2　河水和鱼之间的分配351

9.7.3　哈得孙河中的PCBs353

9.8　结论354

参考文献355

思考题与习题356

第10章　人体对有毒金属的暴露358

10.1 引言359

10.2　冶金简史359

10.3　金属向环境的释放：不良影响的证据362

10.4　痕量金属对人体暴露的途径363

10.4.1　痕量金属在环境中的分布363

10.4.2　大气中的痕量金属364

10.4.3　水中的痕量金属370

10.4.4　食物中的痕量金属370

10.4.6　人体暴露总量的确定371

10.4.5　尘和土壤371

10.5　吸收金属的总剂量372

10.6　群体中的剂量374

10.7　对剂量的响应381

10.8　结论383

参考文献384

思考题与习题384

第11章　CFCs与臭氧洞387

11.1　引言：臭氧耗竭问题388

11.2　天然臭氧层389

11.2.1　大气层的结构389

11.2.2　来自太阳的紫外辐射390

11.2.3　臭氧的形成与消耗391

11.2.4　臭氧浓度的测量393

11.3　氯氟烃和卤烃397

11.3.1　什么是CFCs？397

11.3.2　CFCs的命名规则398

11.4　CFC对平流层臭氧的损耗400

11.4.1　CFCs在中纬度地区损耗臭氧的机理400

11.4.2　CFCs在南极地区损耗臭氧的机理402

11.5 确定CFCs损耗的臭氧量：质量平衡模型404

11.5.1　大气中CFC量的计算405

11.5.2　CFCs导致的臭氧损耗量的计算409

11.6　CFC问题的解决办法：蒙特利尔议定书412

11.6.1　臭氧损耗潜势413

11.6.2　潜在的环境平衡414

参考文献415

11.7　结论415

思考题与习题416

第12章　全球变暖与温室效应418

12.1 引言419

12.1.1　温室气体排放与大气变化419

12.1.2　全球气候系统421

12.1.3　本章概述422

12.2　温室效应的原理423

12.2.1　辐射能的性质423

12.2.2　到达地球的太阳能424

12.2.3　简单的地球能量平衡424

12.2.4　温度和辐射光谱426

12.2.5　地球的大气层428

12.2.6　大气的辐射性能429

12.2.7　温室效应的定义430

12.2.8　重温地球能量平衡431

12.2.9　实际的辐射平衡432

12.3　气候变化的辐射压433

12.3.1　辐射压的类型434

12.3.2　源自大气变化的净压迫435

12.3.3　量化辐射压436

12.3.4　辐射压与浓度的关系437

12.3.5　工业时代的辐射压440

12.3.6　当量CO2浓度443

12.4　由辐射压引起的温度变化444

12.4.1　重建地球能量平衡444

12.4.3　观测数据的结果445

12.4.2　气候敏感性因子的估算445

12.4.4　气候模型的结果446

12.4.5　时间延迟与温度升幅448

12.5　气候变化预测449

12.5.1　前工业化以来的温度变化450

12.5.2　21世纪的全球变暖450

12.6　历史上的温度变化453

12.7　稳定大气浓度455

12.7.1　温室气体在大气中的寿命455

12.7.2　碳循环457

12.7.3　稳定情景460

12.8　CO2排放和能源利用462

12.8.1　燃料的碳含量462

12.8.3　燃料的碳强度464

12.8.2　燃料的能量含量464

12.8.4　CO2排放的地区分布465

12.9　削减温室气体排放量467

12.9.1　影响CO2排放量增长的因子467

12.9.2　降低能源强度470

12.9.3　降低碳强度471

12.9.4　减少非CO2的排放量474

12.9.5　评价排放削减策略475

12.10　展望未来478

12.10.1　京都议定书478

12.10.2　《京都议定书》之外479

12.11　结论479

参考文献480

思考题与习题481

第四篇 环境政策分析第13章　经济与环境487

13.1　引言488

13.2　工程经济学的基本原理488

13.2.1　费用的种类488

13.2.2　现金流图488

13.3　金钱的时间价值489

13.3.1　现在金额和将来金额490

13.3.2　定额序列量492

13.3.3　关键方程的小结495

13.4.1　净现值498

13.4　评价整个生命周期费用498

13.4.2　调平年费用500

13.4.3　单位产品的费用501

13.4.4　平均费用-效益比502

13.5　比较不同的技术选择503

13.5.1　基于净现值的比较503

13.5.2　基于调平年费用的比较505

13.5.3　基于偿还期限的比较506

13.5.4　基于平均费用-效益比的比较507

13.6　边际费用分析508

13.6.1　边际费用-效益比509

13.6.2　应用于基于市场的解决方案510

13.7　选择利率511

13.7.2　定值美元与现值美元512

13.7.1　通货膨胀的影响512

13.7.3　实际利率与名义利率514

13.7.4　分析展望515

13.7.5　税收和折旧516

13.8　费用-效益分析517

13.8.1　经济效益的实质518

13.8.2　费用优化的通用框架520

13.8.3　费用-效益分析的局限性521

13.9　结论523

参考文献523

思考题与习题523

第14章　风险评价与决策分析528

14.2　定义环境风险529

14.1 引言529

14.3　怎样的安全才是安全的？532

14.4　风险评价方法学532

14.4.1　危险评价532

14.4.2　剂量-响应评价533

14.4.3　暴露评估535

14.4.4　风险特征537

14.5　致癌物质的风险评价538

14.5.1　慢性日吸入量538

14.5.2　潜势因子538

14.5.3　增加的风险540

14.5.4　可接受的风险水平540

14.5.5　应用于被污染的场所541

14.6　非致癌物质的风险评价542

14.6.1　参照剂量543

14.6.2　危险系数544

14.7　风险评价的局限性546

14.7.1　不确定性的来源546

14.7.2　正确对待不确定性548

14.8　风险管理的方法549

14.8.1　定义目标和程序550

14.8.2　寻找可行的解决办法550

14.9　决策分析引论552

14.10　影响图553

14.10.1　符号和习惯553

14.10.2　一个环境案例556

14.10.3　进一步的应用557

14.11　决策树558

14.11.1　建立决策树558

14.11.2　求解决策树560

14.11.3　增加复杂性561

14.12　结论564

参考文献565

思考题与习题566

第15章　环境预测569

15.1 引言570

15.2　构造问题570

15.2.1　所关注的环境特征570

15.2.3　所关注的时段571

15.2.2　预报与情景分析571

15.2.4　所关注的地域尺度572

15.3　模拟未来572

15.3.1　影响环境变化的要素572

15.3.2　模拟环境过程573

15.4　人口增长模型574

15.4.1　年增长率模型574

15.4.2　指数增长模型577

15.4.3　逻辑增长模型579

15.4.4　人口统计学模型581

15.5　经济增长模型588

15.5.1　活动系数590

15.5.2　经济增长与能源利用591

15.5.3　投入-产出模型593

15.5.4　宏观经济学模型596

15.6　技术变化600

15.6.1　技术变化的类型600

15.6.2　替代技术方案601

15.6.3　技术采用率602

15.6.4　技术革新率606

15.7　结论609

参考文献609

思考题与习题610

附录613

表A.1　所选择元素的相对原子质量613

表A.2　SI单位的前缀614

表A.3　常用的转换系数614