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第1章 概论1

1.1 什么是环境科学1

1.1.1 自然科学1

1.1.2 环境科学1

1.1.3 定量环境科学1

1.2 什么是环境工程2

1.2.1 什么是工程2

1.2.2 关于环境工程2

1.3 历史的观点3

1.4 环境工程师与环境科学家如何一起工作4

1.5 环境科学与工程引论4

1.5.1 本书的主题4

1.5.2 本书内容提要5

1.5.3 国际单位制5

1.6 环境系统概论6

1.6.1 系统6

1.6.2 水资源管理系统7

1.6.3 空气资源管理系统11

1.6.4 固体废物管理12

1.6.5 多介质系统13

1.6.6 可持续性13

1.7 环境立法与法规14

1.7.1 环境政策14

1.7.2 野生动植物及其栖息地保护14

1.7.3 水质管理15

1.7.4 空气质量管理21

1.7.5 噪声污染控制25

1.7.6 固体废物管理26

1.7.7 危险废物管理27

1.7.8 原子能与辐射管理29

1.8 环境伦理30

本章复习32

问题讨论32

补充阅读材料34

参考文献34

第2章 化学35

2.1 引言35

2.2 基础化学概念36

2.2.1 原子、元素和元素周期表36

2.2.2 化学键和分子间作用力37

2.2.3 摩［尔］、摩［尔］单位和活度单位38

2.2.4 化学反应和化学计量学39

2.2.5 化学平衡46

2.2.6 反应动力学57

2.3 有机化学62

2.3.1 烷烃、烯烃和炔烃62

2.3.2 芳香族化合物64

2.3.3 官能团和化合物分类65

2.4 水化学65

2.4.1 水的物理性质66

2.4.2 溶液杂质的状态67

2.4.3 水溶液或水悬浮液中的浓度单位68

2.4.4 缓冲溶液70

2.5 土壤化学76

2.6 大气化学78

2.6.1 关于气体的基础理论79

本章复习81

习题83

问题讨论88

补充阅读材料89

参考文献90

第3章 物质与能量平衡91

3.1 引言91

3.2 物质和能量守恒理论91

3.2.1 物质守恒91

3.2.2 能量守恒92

3.2.3 物质和能量守恒92

3.3 物质平衡92

3.3.1 基本原理92

3.3.2 时间因素94

3.3.3 更复杂的系统95

3.3.4 效率97

3.3.5 混合状态100

3.3.6 包含反应103

3.3.7 反应器107

3.3.8 反应器分析109

3.4 能量平衡117

3.4.1 热力学第一定律117

3.4.2 基本原理118

3.4.3 热力学第二定律126

本章复习128

习题129

问题讨论133

补充阅读材料133

参考文献134

第4章 生态系统135

4.1 引言135

4.2 人类对生态系统的影响136

4.3 能量流和物质流137

4.3.1 生物积累142

4.4 营养物循环143

4.4.1 碳循环143

4.4.2 氮循环145

4.4.3 磷循环148

4.4.4 硫循环149

4.5 种群动态变化150

4.5.1 细菌种群生长150

4.5.2 动物种群动态变化154

4.5.3 人口动态变化158

4.6 湖泊：生态系统中物质和能量循环的一个例子162

4.6.1 深湖的分层和翻腾作用162

4.6.2 生物层164

4.6.3 湖泊生产力165

4.6.4 富营养化169

4.7 保护生态系统的环境法171

本章复习172

习题173

问题讨论175

补充阅读材料175

参考文献176

第5章 风险认知、评估及管理177

5.1 引言177

5.2 风险认知177

5.3 风险评估181

5.3.1 资料收集与评价181

5.3.2 毒性评估181

5.3.3 暴露评估187

5.3.4 风险特征分析192

5.4 风险管理193

本章复习193

习题194

问题讨论195

补充阅读材料196

参考文献196

第6章 水文学197

6.1 水文学基础知识197

6.1.1 水文循环197

6.2 降水、蒸发、入渗和河水流量的测量205

6.2.1 降水205

6.2.2 蒸发208

6.2.3 入渗210

6.2.4 河水流量213

6.3 地下水水文学215

6.3.1 含水层216

6.4 地下水流221

6.5 地表水和地下水作为供水水源224

本章复习225

习题227

问题讨论228

补充阅读材料228

第7章 地质和土壤资源229

7.1 概述229

7.2 岩石圈229

7.3 矿物浓缩230

7.3.1 火成活动230

7.3.2 风化作用231

7.3.3 沉积过程231

7.3.4 沉淀作用231

7.4 岩石和矿产资源231

7.4.1 储量231

7.4.2 环境影响233

7.4.3 资源保护235

7.5 能源资源237

7.5.1 煤的形成238

7.5.2 石油的形成239

7.5.3 化石燃料储量240

7.5.4 核能241

7.5.5 环境影响241

7.5.6 地形影响245

7.5.7 替代能源资源245

7.5.8 能源保护248

7.6 土壤的形成和性质251

7.6.1 风化作用251

7.6.2 土壤组分251

7.6.3 土壤性质257

7.7 土壤资源261

7.7.1 能量储存261

7.7.2 植物生产262

7.8 可持续性参数263

7.8.1 营养物的循环263

7.8.2 土壤酸度265

7.8.3 土壤盐度265

7.8.4 质地和结构266

7.9 土壤保持266

7.9.1 土壤管理266

7.9.2 土壤侵蚀268

本章复习272

习题273

问题讨论275

补充阅读材料276

参考文献276

第8章 水质管理277

8.1 引言277

8.2 水中污染物及其来源278

8.2.1 点源278

8.2.2 面源278

8.2.3 耗氧物质278

8.2.4 营养物质279

8.2.5 病原微生物279

8.2.6 悬浮固体279

8.2.7 盐类280

8.2.8 毒性金属与毒性有机物280

8.2.9 内分泌干扰物280

8.2.10 砷281

8.2.11 热282

8.3 河流水质管理283

8.3.1 耗氧物质对河流的影响283

8.3.2 生化需氧量284

8.3.3 BOD的实验室测量287

8.3.4 关于BOD的其他说明290

8.3.5 氮的氧化292

8.3.6 氧垂曲线293

8.3.7 营养物质对河流水质的影响308

8.4 湖泊水质管理309

8.4.1 湖泊中磷的控制309

8.4.2 湖泊酸化312

8.5 河口水质319

8.6 海洋水质320

8.7 地下水水质323

8.7.1 地下水中污染物迁移323

本章复习328

习题328

问题讨论332

补充阅读材料333

参考文献333

第9章 水处理335

9.1 引言335

9.1.1 水质336

9.1.2 物理性质337

9.1.3 化学性质338

9.1.4 微生物学性质338

9.1.5 放射性339

9.1.6 水质标准339

9.1.7 水的分类与处理系统340

9.2 快混、絮凝和混凝342

9.2.1 胶体稳定性和胶体脱稳342

9.2.2 混凝剂343

9.2.3 混合和絮凝345

9.3 软化349

9.3.1 硬度349

9.3.2 石灰-苏打软化354

9.3.3 离子交换软化357

9.4 沉淀359

9.4.1 概述359

9.4.2 vs的确定方法361

9.4.3 v0的确定方法361

9.5 过滤363

9.6 消毒365

9.6.1 消毒动力学366

9.6.2 消毒剂和消毒副产物366

9.6.3 水中加氯反应367

9.6.4 二氧化氯368

9.6.5 臭氧368

9.6.6 紫外线照射369

9.7 饮用水的其他处理工艺369

9.7.1 膜工艺369

9.7.2 高级氧化工艺369

9.7.3 炭吸附369

9.7.4 曝气370

9.8 水厂废物管理371

9.8.1 质量平衡分析371

9.8.2 污泥处理373

9.8.3 最终处置378

本章复习378

习题379

问题讨论381

补充阅读材料382

参考文献382

第10章 废水处理384

10.1 概述384

10.2 废水的特性384

10.2.1 生活污水的物理特性384

10.2.2 生活污水的化学特性385

10.2.3 工业废水的特性386

10.3 现场处置系统387

10.3.1 带水的现场处理和处置系统387

10.3.2 不利场所条件的现场处理和处置系统391

10.3.3 其他现场处理和处置选择393

10.3.4 不带水的现场处理和处置系统393

10.4 城市废水处理系统395

10.4.1 工业废水预处理396

10.5 预处理单元操作397

10.5.1 格栅397

10.5.2 沉砂池397

10.5.3 破碎机398

10.5.4 调节池398

10.6 一级处理402

10.7 二级处理单元过程404

10.7.1 概述404

10.7.2 微生物的作用404

10.7.3 微生物的分类404

10.7.4 废水处理中的重要微生物405

10.7.5 细菌的代谢405

10.7.6 污染物的分解406

10.7.7 微生物生长动力学408

10.7.8 滴滤池法409

10.7.9 活性污泥法411

10.7.10 氧化塘423

10.7.11 生物转盘424

10.8 消毒425

10.9 废水三级处理426

10.9.1 过滤426

10.9.2 活性炭吸附427

10.9.3 除磷427

10.9.4 脱氮428

10.10 土地处理429

10.10.1 慢速率430

10.10.2 地表水流431

10.10.3 快速渗入431

10.11 污泥处理431

10.11.1 污泥来源与特性432

10.11.2 污泥固体含量的计算432

10.11.3 污泥处理过程433

10.12 污泥处置439

10.12.1 最终处置439

10.12.2 地面散布440

10.12.3 填埋440

10.12.4 专用场地处置440

10.12.5 利用440

10.12.6 污泥处置法规440

本章复习441

习题442

问题讨论445

补充阅读材料445

参考文献446

第11章 空气污染448

11.1 空气污染概述448

11.2 基础知识448

11.2.1 压力关系与测量单位448

11.2.2 相对尺寸448

11.2.3 绝热膨胀和压缩449

11.3 空气污染标准449

11.4 空气污染物的影响456

11.4.1 对材料的影响456

11.4.2 对植物的影响457

11.4.3 对健康的影响459

11.5 空气污染物的来源和归宿463

11.5.1 一氧化碳463

11.5.2 有害空气污染物464

11.5.3 铅464

11.5.4 二氧化氮464

11.5.5 光化学氧化剂465

11.5.6 硫氧化物465

11.5.7 颗粒物467

11.6 微观和宏观空气污染467

11.6.1 室内空气污染468

11.6.2 酸雨470

11.6.3 臭氧消耗472

11.6.4 全球变暖473

11.7 空气污染气象学475

11.7.1 大气发动机475

11.7.2 湍流476

11.7.3 稳定度477

11.7.4 地形影响479

11.8 大气扩散作用481

11.8.1 影响空气污染物扩散的因素481

11.8.2 扩散模型482

11.9 室内空气质量模型489

11.10 固定源的空气污染控制491

11.10.1 气态污染物491

11.10.2 烟气脱硫495

11.10.3 氮氧化物控制技术495

11.10.4 颗粒污染物496

11.11 移动源的空气污染控制500

11.11.1 发动机原理500

11.11.2 机动车排放量的控制501

11.12 废物最小化503

本章复习504

习题505

问题讨论506

补充阅读材料507

参考文献507

第12章 固体废物工程510

12.1 概述510

12.1.1 废物产生量510

12.2 固体废物特性511

12.3 固体废物管理515

12.4 固体废物收集516

12.5 废物作为资源516

12.5.1 背景与概况516

12.5.2 绿色化学和绿色工程518

12.5.3 循环518

12.5.4 堆肥化522

12.5.5 源头减量523

12.6 固体废物减量525

12.6.1 燃烧过程525

12.6.2 焚烧炉类型526

12.6.3 公共健康与环境问题529

12.6.4 其他热处理过程530

12.7 卫生填埋处置530

12.7.1 场址选择532

12.7.2 填埋方法533

12.7.3 环境考虑535

12.7.4 渗滤液535

12.7.5 甲烷及其他气体产生539

12.7.6 填埋场设计541

12.7.7 填埋场关闭542

本章复习543

习题544

问题讨论545

补充阅读材料546

参考文献547

第13章 危险废物管理549

13.1 危险废物549

13.1.1 二噁英和多氯联苯549

13.2 美国环保局危险废物指标系统552

13.3 RCRA和HSWA554

13.3.1 美国国会危险废物法案554

13.3.2 “从摇篮到坟墓”的概念555

13.3.3 生产者的必要条件555

13.3.4 运输者法规557

13.3.5 处理、储存和处置的必要条件557

13.3.6 地下储槽559

13.4 CERCLA和SARA560

13.4.1 超级基金560

13.4.2 国家优先清单560

13.4.3 危险等级系统561

13.4.4 国家应急计划561

13.4.5 责任562

13.4.6 超级基金修正案和重新授权法案563

13.5 危险废物管理564

13.5.1 废物减量化564

13.5.2 废物交换567

13.5.3 废物循环利用567

13.6 处理技术568

13.6.1 生物处理568

13.6.2 化学处理570

13.6.3 物理／化学处理573

13.6.4 焚烧处理579

13.6.5 固化／稳定化处理586

13.7 土地处置587

13.7.1 深井注入587

13.7.2 土地处理587

13.7.3 安全填埋587

13.8 地下水污染和修复591

13.8.1 污染过程591

13.8.2 EPA地下水修复方案592

13.8.3 减缓及处理594

本章复习595

习题597

问题讨论603

补充阅读材料603

参考文献604

第14章 农业与环境606

14.1 引言606

14.2 地表水和地下水资源的耗竭607

14.2.1 水利用607

14.2.2 地面沉降607

14.3 土壤侵蚀608

14.4 水质612

14.4.1 盐渍化612

14.4.2 营养物614

14.4.3 农药617

14.5 空气质量621

14.5.1 颗粒物排放621

14.5.2 氨的释放621

14.5.3 恶臭化合物622

14.5.4 温室气体622

14.5.5 对臭氧层的影响623

14.5.6 农药623

14.6 动物废物管理624

14.6.1 粪便处理和存储624

14.6.2 动物集中饲养作业624

14.6.3 最佳管理实践625

14.6.4 粪肥施用625

本章复习626

习题627

问题讨论628

补充阅读材料629

参考文献629

第15章 噪声污染630

15.1 引言630

15.1.1 声波的性质631

15.1.2 声功率和声强632

15.1.3 声级和分贝633

15.1.4 噪声的特征635

15.2 噪声对人的影响640

15.2.1 听觉机理640

15.2.2 正常听力643

15.2.3 听力损伤645

15.2.4 损伤-危险标准648

15.2.5 语言交流干扰649

15.2.6 烦恼649

15.2.7 睡眠干扰651

15.2.8 对工作效率的影响652

15.2.9 声音的私密性652

15.3 等级评估系统652

15.3.1 噪声评估系统的目标652

15.3.2 LN概念653

15.3.3 Leq概念654

15.4 社区噪声源及其标准655

15.4.1 运输噪声655

15.4.2 其他内燃机657

15.4.3 建筑工程噪声658

15.4.4 分区和位置考虑659

15.4.5 保护健康和福利的噪声级659

15.5 室外声音的传播660

15.5.1 距离衰减660

15.5.2 声源辐射场661

15.5.3 方向性661

15.5.4 声音在空气中的传播662

15.6 交通噪声预测667

15.6.1 Leq预测667

15.6.2 Ldn预测667

15.7 噪声控制667

15.7.1 声源-途径-接受者概念667

15.7.2 通过设计控制噪声源668

15.7.3 在声音传播途径上控制噪声670

15.7.4 通过调整控制噪声672

15.7.5 保护接受者672

本章复习673

习题674

问题讨论677

补充阅读材料677

参考文献678

第16章 电离辐射679

16.1 基础知识679

16.1.1 原子结构679

16.1.2 放射性与辐射681

16.1.3 放射性衰变682

16.1.4 放射性同位素685

16.1.5 核裂变686

16.1.6 X射线的产生687

16.1.7 辐射剂量689

16.2 电离辐射的生物效应691

16.2.1 生物效应的形式691

16.2.2 生物效应的决定因素692

16.2.3 急性效应693

16.2.4 剂量与急性辐射综合症的关系694

16.2.5 延迟效应694

16.2.6 遗传效应696

16.3 辐射标准698

16.4 辐射照射700

16.4.1 外部与内部辐射危害700

16.4.2 自然背景700

16.4.3 X射线702

16.4.4 放射性核素702

16.4.5 核反应堆运行702

16.4.6 放射性废物703

16.5 辐射防护703

16.5.1 降低外部辐射危害703

16.5.2 降低内部辐射危害708

16.6 放射性废物711

16.6.1 废物种类711

16.6.2 高放废物管理711

16.6.3 废物隔离中试厂712

16.6.4 低放废物管理712

16.6.5 长期管理与控制716

本章复习718

习题719

问题讨论720

补充阅读材料720

参考文献721

附录A 空气、水和其他化学物质的性质722