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目 录 1

第1部分绪 论 1

第1章 总论 1

1.1 引言 1

1.2 环境中有机化学物质的评价：需要与任务 3

1.3 内容简介 4

1.3.1 目标 4

1.3.2 阅读指南 5

1.3.3 符号规则 6

第2章环境有机化学物质简介 8

2.1 引言 8

2.2有机化合物的组成 8

2.2.1 元素组成、分子式和摩尔质量 8

2.2.2 有机化合物中元素的电子壳层 9

2.2.3 共价键 10

2.2.4 键能（焓）、键长与电负性原理 11

2.2.5 有机分子中原子的氧化态 14

2.2.6 有机分子中原子的空间排列 15

【例题2.1】确定有机分子中碳原子的氧化态 15

2.2.7 离域电子、共振与芳香性 18

2.3 环境有机化合物的分类、命名与实例 20

2.3.1 有机化合物的碳骨架：饱和烃、不饱和烃和芳香烃 21

2.3.2有机卤化合物 23

2.3.3 含氧官能团 25

2.3.4含氮官能团 29

2.3.5 含硫官能团 32

2.3.6 含磷官能团 34

2.3.7 其他具有复杂结构的化合物 35

2.4 问题与习题 36

第2部分 气、液和固相间的平衡分配 39

第3章分配：分子相互作用和热力学 39

3.1 引言 39

3.2 有机化合物在不同相之间的分配及分子间相互作用 39

3.2.1 分配“反应” 39

3.2.2 分子间引力的来源 40

【详注3.1】根据有机物进行特殊分子相互作用的能力进行分类 41

3.2.3 两相分配扩散能的相对强度 41

3.2.4平衡分配常数 43

3.2.5 从气相吸收的例子 44

【例题3.1】纯液体化合物的蒸气压和分子相互作用 45

【例题3.2】气－溶剂分配 47

3.2.6 从气相吸附的例子 47

【例题3.3】气－固体表面分配 47

3.3 利用热力学函数量化分子能量 48

3.3.1 化学势 48

3.3.2 逸度 50

3.3.3 化合物在气体状态下的压力和逸度 50

3.3.4参照态和标准态 51

3.3.5 液体和固体的逸度 52

3.3.6 活度系数和化学势 53

3.3.7 过剩自由能、过剩焓和过剩熵 54

3.4 利用热力学函数评价平衡分配 56

3.4.1 平衡分配常数和迁移标准自由能 56

3.4.2 温度对平衡分配的影响 58

3.4.3 用线性自由能相关（LFER）模型预测和估算分配常数或分配系数 59

【详注3.2】分配常数、分配系数和分配比——对术语的一些注释 60

3.5 利用分配常数／系数估算中性有机化合物在多相体系中的平衡分配 61

3.4.4 总结评论 61

【例题3.4】“汤碗”问题 62

3.6 问题与习题 63

第4章蒸气压 65

4.1 引言 65

4.2 理论背景 65

4.2.1 全相态图：正常熔点（Tm）、正常沸点（Tb）和临界点（Tc，p*ic） 66

4.2.2 蒸气压－温度关系的热力学描述 68

【例题4.1】基本蒸气压计算 71

4.3.2 沸点时的蒸发Trouton恒熵法则 73

4.3 分子相互作用和蒸气压 73

4.3.1 蒸发自由能的焓贡献和熵贡献 73

4.3.3 范德华力的量化和确定纯液体蒸气压的极性相互作用的量化 75

4.4 蒸气压实验数据的获得和估算方法 77

4.4.1 实验数据 77

4.4.2 液体蒸气压估算方法 79

4.4.3熔解熵与固体蒸气压 80

【详注4.1】用来估算相变过程熵的参数 81

4.5 问题与习题 82

5.2.1 液体有机物的溶解度和水活度系数 87

5.2 热力学因素 87

5.1 引言 87

第5章活度系数和水溶解度 87

5.2.2 固体有机物的溶解度和水活度系数 89

5.2.3 气体有机物的溶解度和水活度系数 89

【例题5.1】由溶解度实验数据计算水溶液中的化合物液体的水溶解度、水活度系数和过剩自由能 90

5.2.4 浓度和水活度系数的关系 91

5.3 水溶液中有机化合物过剩自由能的分子解释 92

5.3.1 过剩自由能的焓贡献和熵贡献 92

5.3.2溶解过程的分子描述 93

5.3.3 描述水活度系数的模型 94

【详注5.1】从结构估算摩尔体积 96

【例题5.2】评估决定化合物水活度系数的因素 99

5.4 温度和溶液组成对水溶解度和活度系数的影响 100

5.4.1 温度 100

【例题5.3】温度对水溶解度和水活度系数的作用评价 101

5.4.2溶解的无机盐 103

【例题5.4】无机盐对水溶解度和水活度系数的影响 106

5.4.3 高级专题——有机助溶剂 107

【例题5.5】估算有机溶剂－水混合体系中有机污染物的溶解度和活度系数 111

5.5.1 实验数据 112

5.5 实验数据的获得：估算水活度系数和水溶解度的方法 112

5.5.2 水溶解度和水活度系数的预测 113

5.6 问题与习题 114

第6章大气－有机溶剂及大气－水分配 118

6.1 引言 118

6.2 热力学因素 118

6.2.1 Raoult定律 118

6.2.2 亨利定律和亨利常数 119

6.3.1 大气－有机溶剂分配常数和其他分配常数 120

6.3大气－有机溶剂分配 120

6.2.3 温度对大气－液体分配的作用 120

6.3.2 不同有机溶剂的比较 121

6.3.3 不同大气－有机溶剂体系中分配常数的线性自由能相关模型 122

6.3.4 描述大气－有机溶剂分配的模型 124

6.3.5 大气－有机溶剂分配常数应用中的温度相关 125

6.3.6 应用 126

【例题6.1】通过大气污染物评价有机液体污染 126

6.4大气－水分配 127

6.4.1 亨利定律常数 127

6.4.2 温度对大气－水分配的作用 128

6.4.3 溶液组成对大气－水分配的作用 129

【例题6.2】评价不同温度下大气－水体系中气体交换方向 129

【例题6.3】评价溶液组成对大气－水相分配的作用 130

6.4.4 实验数据的获得 131

6.4.5 大气－水分配常数的估算 132

【例题6.4】通过键贡献方法估算大气－水分配常数 133

6.5 问题与习题 134

7.2.1 有机溶剂－水分配系数 137

7.2 热力学因素 137

7.1 引言 137

第7章有机液体－水分配 137

7.2.2 温度和盐对有机溶剂－水分配系数的影响 138

7.3 不同的有机溶剂－水分配系统比较 139

7.3.1 概述 139

7.3.2 不同溶剂－水系统中与分配系数有关的线性自由能相关方程 140

7.3.3 描述有机溶剂－水分配的模型 141

【例题7.1】影响化合物溶剂－水分配系数的因素评价 141

7.4正辛醇－水分配系数 142

7.4.1 概述 142

7.4.2 实验数据的有效性 143

7.4.3 单参数线性自由能相关方程估算辛醇－水分配系数 144

7.4.4 多参数线性自由能相关方程估算辛醇－水分配系数 145

7.4.5 原子／碎片贡献法估算辛醇－水分配系数 145

【例题7.2】用原子／碎片贡献法从化合物结构估算辛醇－水分配系数 148

【例题7.3】从结构相似化合物的Kiow实验数据估算辛醇－水分配系数 149

7.5 高级专题：有机化合物从有机液体混合物中向水中的溶解－平衡思考 150

【例题7.4】在水与Aroclor（氯化三联苯）和Aroclor／液压油混合物达到混合平衡时，单个PCB同系物在水中浓度的估算 152

7.6 问题与习题 153

8.2 热力学参数 157

8.2.1 有机酸和酸度常数 157

8.1 引言 157

第8章有机酸碱：酸常数和分配行为 157

8.2.2 有机碱 160

8.2.3 温度对酸度常数的影响 162

8.2.4天然水体中的形态 162

【例题8.1】评价天然水体中有机酸碱的形态 163

8.3 化学结构和酸度常数 165

8.3.1 酸碱官能团概述 165

8.3.2 诱导效应 165

8.3.3 去定域化效应 166

8.3.4 邻近效应 167

8.4 实验数据的获得；酸度常数的估算方法 168

8.4.1 实验数据 168

8.4.2 酸度常数的估算：Hammett相关 168

【例题8.2】用Hammett方程计算芳香酸碱的酸度常数 172

8.5 有机酸碱的水溶性和分配行为 173

8.5.1 水溶性 173

8.5.2 气－水分配行为 173

【例题8.3】评价云中有机酸碱的气－水分配 174

8.5.3 有机溶剂－水分配行为 175

8.6 问题与习题 176

第9章 吸附Ⅰ：总论和有机质的吸附过程 178

9.1 引言 178

9.2 吸附等温线、固体－水分配系数（Kid）及溶解分数（fiw） 180

9.2.1定性因素 180

9.2.2 吸附等温线的定量描述 181

9.2.3 固体－水分配系数Kid 183

【例题9.1】从实验数据获得Kid 183

9.2.4体系中化合物的溶解及吸收分数 185

9.2.5 Kid的复杂性 187

9.3.1概述 188

9.3 中性有机化合物从水相到固相有机质（POM）的吸附作用 188

9.3.2 与吸附过程相关的POM结构特征 190

9.3.3 Kioc值的测定及实验数据的获得 194

9.3.4 Kioc值的估算 195

9.3.5 Kioc作为吸附物浓度的函数 197

【例题9.2】菲在土壤和沉积物POM上的吸附与浓度的关系评价 198

【例题9.3】对受污染的沉积物中孔隙水浓度的估算 200

9.3.6 温度和溶液组成对Kioc的影响 201

9.4 “溶解”有机物质（DOM）对中性化合物的吸附 203

【例题9.4】20％甲醇存在于“水”相时对含水土层中菲的延滞的影响 203

9.4.1 DOM－溶质结合的定性描述 204

9.4.2 KiDOC值的测定及实验数据的获得 204

9.4.3 DOM的性质决定KiDOC值的数量级 205

9.4.4 pH值、离子强度及温度对KiDOC的影响 206

【例题9.5】DOM对苯并［α］芘（BP）生物有效性的影响评价 208

9.5 天然有机物质（NOM）对有机酸和碱的吸附 208

9.5.1 一般认识：带电基团对吸附过程的影响 208

9.5.2 形成阴离子物质的化合物（有机酸）的吸附过程 209

9.5.3 形成阳离子物质的化合物（有机碱）的吸附过程 210

9.6 问题与习题 212

第10章 吸附Ⅱ：在生命介质中的分配——生物积累与基线毒性 216

10.1 引言 216

10.2 化合物在特定生物介质中的分配 218

10.2.1 生命介质的组成 218

10.2.2 生物体中特殊类型有机相的平衡分配 219

10.2.3 整体生物的平衡分配预测模型 224

10.2.4 用于描述实验生物积累数据的参数 225

【例题10.1】评估含胶体水溶液的生物积累因子 226

【例题10.2】评估水中的平衡生物积累因子 227

【例题10.3】评估大气中的平衡生物积累因子 228

10.3 水生生态系统中的生物积累 228

10.3.1 生物积累的动力学过程 228

10.3.2 评价生物积累的不平衡性——生物区系与沉积物积累因子 230

10.3.3 利用逸度和化学活度估算生物积累的不平衡性 233

【例题10.4】由逸度或者化学活度推算生物积累因子 235

10.4 陆生生态系统中的生物积累 236

10.4.1 有机污染物从大气向陆生生物区系的迁移 237

10.4.2 大气－植物之间的平衡分配 237

【例题10.5】评价PCBs在大气与牧草之间的分配 238

10.4.3 土壤中有机污染物的吸收 240

10.5 生物放大 240

10.5.1 生物放大的定义 240

10.5.2 沿着水生生物食物链和食物网进行的生物放大 242

10.5.3 沿着陆生食物链进行的生物放大 244

10.6基线毒性（麻醉） 247

10.6.1 基线毒性的定量结构——活性相关（QSARs） 247

10.6.2 临界体负荷与致死体负荷 250

【例题10.6】评价氯代苯在鱼体内的致死体负荷 251

10.7 问题与习题 252

第11章 吸附Ⅲ：无机表面的吸附过程 256

11.1 引言 256

11.2 气相中非离子型有机化合物在无机矿物表面的吸附 258

11.2.1 矿物表面的特征 258

11.2.2 非极性和单极性化合物在气－固界面上吸附的能量控制模型 260

11.2.3 一些液体和固体的范德华力和极性表面参数 262

11.2.4 估算非极性和单极性化合物在气－固表面的吸附系数及其应用 264

【例题11.1】估算气相中的菲在管壁表面吸附的分数 265

【例题11.2】气相中四氯乙烯在潮土和干土上的吸附 266

吸收？ 267

【例题11.3】环境烟草烟雾中的有机物在气相－颗粒间的分配：吸附还是 267

11.3 水体中非离子有机物在无机表面的吸附 268

11.3.1 非极性和弱单极性化合物在矿物表面附近区域上的分配 269

11.3.2基于电子供体／受体相互作用的表面吸附 271

【例题11.4】估算地下水中三硝基甲苯迁移的阻滞作用 274

11.4 水体中离子型有机物在带电荷矿物表面的吸附 274

11.4.1 水体中矿物表面的电荷 275

【详注11.1】当H＋和OH￣为支配电势离子，推算固体氧化物表面电荷σsurfex 278

11.4.2 离子交换吸附“反应”、自由能与平衡常数的概念 280

【详注11.2】在溶液中含有单价共轭离子（如C1￣）条件下，阳离子有机物（i=BH＋）与单价无机阳离子M＋（如Na＋或K＋）的离子交换等温线、阳离子交换容量CEC的常见计算方法 282

11.4.3 有机阳离子的离子交换 282

11.4.4 有机吸着物的R基团对疏水性的影响 284

【例题11.5】酸气处理厂的地下水中异丙二醇胺（DIPA）的转移 285

【例题11.6】估计在不同pH值下十二烷基磺酸盐在氧化铝（矾土）上的吸附作用 288

11.4.5 附加“固相”的形成引起的“吸附作用” 289

11.5 高级专题：有机化合物的表面反应 290

11.5.1 有机吸着物－天然有机质的反应 290

11.5.2 有机吸着物－无机固体表面的反应 291

【例题11.7】估算安息香酸在针铁矿上的吸附 294

11.6问题与习题 296

第3部分 转化过程 304

第12章转化反应的热力学及动力学 304

12.1引言 304

12.2 转化反应热力学 304

【例题12.1】产甲烷降解时共生的动力学 306

【例题12.2】溴甲烷向氯甲烷的转化及其逆反应 307

12.3 转化反应的动力学特征 309

12.3.1 反应动力学的现象描述 309

12.3.2 一阶反应动力学 309

【详注12.1】一些重要的数学背景——一阶线性非齐次微分方程（FOLIDE） 310

12.3.3 一阶反应及其逆反应 312

12.3.4 高阶反应 313

12.3.5 催化反应 313

【详注12.2】酶催化反应（Mechaelis-Menten酶动力学） 314

12.3.6 Arrhenius方程和过渡态理论 315

12.3.7 线性自由能相关 317

12.3.8 溶液组成对反应速率的影响 318

12.4 完全混合反应器和一室模型 318

【例题12.3】苄基氯向池塘的泄漏 320

12.5 问题与习题 321

第13章化学转化Ⅰ：水解反应与亲核反应 323

13.1 引言 323

【例题13.1】估计水解反应的热力学 324

13.2 饱和碳原子上的亲核取代和消除反应 325

13.2.1 饱和碳原子上卤族元素的亲核取代 325

【详注13.1】软硬Lewis酸碱理论（HSAB） 330

【例题13.2】某些包含甲基溴的反应 331

【例题13.3】在Massachusetts地区LowerMystic湖均温层中的 332

1.2－二溴乙烷 332

13.2.2 多卤代烷烃的消除反应机理 334

13.3 羧酸衍生物与碳酸衍生物的水解反应 339

13.3.1 羧酸酯的水解反应 340

【例题13.4】由试验数据导出水解反应的动力学参数 341

【例题13.5】计算水解反应时间随温度与pH值的变化 343

13.3.2酰胺 349

13.3.3氨基甲酸酯 350

13.3.4 定量结构－反应性思考 353

13.3.5 Hammett相关 353

【例题13.6】用Hammett相关估计水解速率常数 354

13.3.6 Brφnstde相关 355

13.4 磷酸酯和硫代磷酸酯的水解反应 356

13.5 高级专题：溶解金属物种与金属氧化物表面对水解反应的影响 360

13.5.1 溶解金属物种的影响 360

13.5.2 金属氧化物表面的影响 363

13.6 问题与习题 364

第14章化学转化Ⅱ：氧化还原反应 371

14.1 引言 371

14.2 氧化还原反应的热力学思考 373

14.2.1 半反应和（标准）反应还原电位 374

【例题14.1】依据生成自由能的标准还原电位的计算 377

14.2.2 单电子还原电位 379

14.2.3环境中决定氧化还原条件的过程 380

【例题14.2】给定系统中氧和硝酸盐质量平衡的建立 382

14.2.4 环境条件下氧化还原反应热力学评估 383

【例题14.3】pH值和总H2S浓度函数的H2S水溶液的还原电位的计算 385

【例题14.4】依据半反应还原电位的反应自由能的计算 386

14.3 氧化还原的反应途径和动力学 388

14.3.1 决定氧化还原反应速率的因素 388

14.3.2 硝基芳香族化合物（NAC）的还原反应 389

估算 396

【例题14.5】硫化氢存在条件下由DOM组成的硝基芳香族化合物还原速率的 396

14.3.3 多卤代C1－化合物和C2－化合物的还原性脱卤反应 397

14.3.4氧化反应 402

14.4 问题与习题 405

第15章直接光解 411

15.1 引言 411

15.2 光化学基本定律 411

15.2.1 化学物质对光的吸收：摩尔消光系数 411

【例题15.1】测定有机污染物的摩尔消光系数 413

15.2.2 化学结构与光吸收 414

15.2.3 激发态化学物种的变化：量子产率 417

15.3 天然水体中有机化合物的光吸收 420

15.3.1 天然水体中的光和光衰减 420

15.3.2 有机污染物光吸收的特征速率 422

15.3.3 有机污染物在近表面光吸收的特征速率 422

15.3.4 计算有机污染物的近表面光吸收特征速率示例 424

15.3.5 有机污染物在充分混合水体中的光吸收特征速率 426

15.3.6 光屏蔽因子 428

15.4.1 定量直接光解的一级反应速率常数 429

15.4 量子产率和直接光解速率 429

【例题15.2】利用光屏蔽因子S（λ）计算湖水变温层中PNAP的光吸收总特征速率 429

【例题15.3】混合充分的变温层湖水中弱有机酸的光解半衰期估算 431

15.4.2 高级专题：量子产率的测定和化学露光计 432

15.5 固体吸附剂（颗粒物、土壤表层）对直接光解的影响 434

15.5.1 水中颗粒物的影响 434

15.5.2 土壤表面的直接光解作用 435

15.6 问题与习题 435

16.1 引言 439

第16章 间接光解：天然水体和大气中与光氧化剂进行的反应 439

16.2 地表水中的间接光解 440

16.2.1 概述 440

16.2.2 光氧化反应的动力学研究方法 442

【例题16.1】阳光照射下天然水体中近表面处羟基稳态浓度的估算 443

16.2.3 与羟基的反应 444

【例题16.2】浅水池塘中阿特拉津间接光解半衰期的估算 445

16.2.4 与单重态氧的反应 446

16.2.5 与DOM活性组分的反应 449

16.3 （对流层）大气中的间接光解——与羟基自由基的反应 450

16.3.2 与HO.反应的速率常数和对流层半衰期 451

16.3.1 对流层中HO.的来源与典型浓度 451

16.3.3 气相中HO.反应速率常数的估算 453

【例题16.3】预测对流层中有机污染物的半衰期 456

16.4 问题与习题 458

第17章生物转化 461

17.1 引言 461

【例题17.1】一个建议的微生物转化热力学上可行吗？ 463

17.2 关于微生物的一些重要概念 464

17.2.1 微生物生态学及相互作用 464

17.2.2酶学 466

17.3 微生物有机化学家的生物化学策略 470

17.3.1 化学结构－生物降解性研究 472

17.3.2 水解 474

【例题17.2】1,2－二溴乙烷（EDB）的微生物降解产物是什么？ 476

【例题17.3】利谷隆的微生物降解产物是什么？ 480

17.3.3 涉及亲电含氧生物反应剂的氧化反应 480

【例题17.4】氯乙烯在含氧环境下的微生物降解产物是什么？ 484

17.3.4 涉及亲核富电子生物反应剂的还原反应 485

【例题17.5】DDT在还原环境下的微生物降解产物是什么？ 492

17.3.5 含碳基团或水的加成 493

17.4 生物转化速率：摄取 496

17.5 生物转化速率：微生物生长 500

17.5.1 Monod种群生长动力学 500

【详注17.1】微生物种群生长的Monod限制基质模型 501

【例题17.6】用生长于完全混合池中基质上的微生物评价甘油的生物降解 505

【例题17.7】估算降解泄漏化学物质的时间 506

17.6 生物转化速率：酶 507

17.6.1 Michaelis-Menten酶动力学 507

17.6.2 酶动力学的实例：水解酶 509

【详注17.2】在简化的假定下R—L酶水解的动力学表达式 511

17.6.3 估算Michaelis-Menten酶动力学的生物转化速率 515

【例题17.8】完全混合池中以甲烷为基质的微生物共代谢生物降解三氯乙烯的评价 515

【例题17.9】估算有机污染物在天然系统中的生物转化速率 517

17.7 问题与习题 518

第4部分 建模工具：迁移和反应 524

第18章随机运动迁移 524

18.1 引言 524

18.2 随机运动 525

18.2.1 Bernoulli系数 526

18.2.2 正态分布 526

【详注18.1】确定过程和随机过程 526

【详注18.2】正态（高斯）分布 528

18.2.3 两个基本的随机运动迁移的描述：质量迁移模型和梯度流定律 528

18.2.4 Fick第一定律：与扩散通量相关的浓度的空间变化 529

18.2.5 质量守恒和Fick第二定律 530

18.2.6 高级专题：正态分布——Fick第二定律的一个重要解 532

【详注18.3】三维空间中的质量守恒和Fick第二定律 533

18.2.7平面边界上的扩散 533

18.2.8 平面边界上的对称扩散 535

18.2.9 高级专题：向球形颗粒和从球形颗粒向外的扩散 536

18.3分子水平的随机运动：分子扩散系数 537

18.3.1 理想气体的扩散率和分子理论 537

18.3.2 空气中的扩散率 539

【例题18.1】估算摩尔体积 543

【例题18.2】估算空气中的分子扩散率 544

18.3.3水中的扩散率 545

【详注18.4】流体中分子扩散率的温度依赖 549

【例题18.3】估算水中的分子扩散率 550

18.4.1 孔隙中的扩散率与Fick定律 551

18.4 多孔介质中的扩散 551

18.4.2 充满气体的孔隙中的扩散：Knudsen效应 552

18.4.3 充满液体的孔隙中的扩散：Renkin效应 552

18.4.4土壤非饱和带中的扩散 553

18.4.5 吸附性化合物在多孔介质中的扩散：有效扩散率 553

【详注18.5】多孔介质中吸附性化合物的迁移和透过时间 554

【例题18.4】估算汽油中的苯从土壤向空气中扩散的稳态通量 555

【例题18.5】解释湖泊沉积物中多氯代萘的地层曲线特征 556

18.5.1 湍流扩散 558

18.5环境中其他随机迁移过程 558

18.5.2 扩散的长度范围 559

18.5.3 弥散 560

18.6 问题与习题 560

第19章跨界迁移 563

19.1 环境中边界的作用 563

19.2瓶颈边界 566

19.2.1 简单瓶颈边界 566

19.2.2 简单的非界面瓶颈边界 567

【例题19.1】湖泊中水的垂直交换 568

19.2.3 两层和多层瓶颈边界 568

19.2.4 不同介质间的瓶颈边界 569

【例题19.2】地下水中的挥发性化合物通过非饱和层向大气层的扩散 571

19.3 屏障边界 572

19.3.1 相同介质间的屏障边界 573

19.3.2 不同介质间的屏障边界 573

19.3.3 作为屏障边界的沉积物－水界面 574

【详注19.1】沉积物－水界面处吸附溶质的平衡 576

19.3.4高级专题：具有边界层的屏障边界 576

【例题19.3】Boston湾的历史性污染沉积物中PCBs的释放 579

【例题19.4】非水相液体（NAPL）进入水相的扩散 580

19.3.5 边界浓度随时间变化的屏障边界 583

19.4扩散边界 . 584

19.4.1 污染物锋面上的弥散 584

【详注19.2】高级专题：有限污染物斑点沿一维的稀释 585

19.4.2 不同相间的扩散边界 586

19.5 高级专题：球面边界 588

19.5.1 围绕球面结构的瓶颈边界 588

19.5.2 水包围的多孔颗粒的吸附动力学 589

【详注19.3】具有边界层的球面屏障边界 592

19.5.3 有限容积吸附 593

【例题19.5】来自污染沉积物的有机化合物的解吸附动力学 594

19.6 问题和习题 595

第20章气－水交换 598

20.1 引言 598

【例题20.1】估算气－水交换的方向 599

20.2 气－水迁移速率的测定 602

20.2.1 水蒸发引起的空气迁移速率 602

【例题20.2】估算纯有机液体的蒸发速率 604

20.2.2 具有大数值亨利常数的化合物引起的水相迁移速率 605

【详注20.1】风速变化对挥发性化合物的平均气－水交换速率的影响 607

20.3 气－水交换模型 609

20.3.1 薄膜模型 610

20.3.2表面更新模型 611

20.3.3边界层模型 611

【详注20.2】温度对不同模型计算的挥发性化合物气－水交换速率Uiw的影响 614

20.3.4 总气－水交换速率 615

【例题20.3】评价不同水温下风速对总气－水迁移速率的影响 617

20.4 流动水体中的气－水交换 619

【详注20.3】河流中气－水交换的涡流模型 620

20.4.1 平缓水体与小涡流模型 621

20.4.3 通过气泡加速的气－水交换 622

20.4.2 急湍河流与大涡流模型 622

【例题20.4】河水中苯的气－水交换 623

20.5 高级专题：表面膜与化学反应对气－水交换过程的影响 624

20.5.1表面膜 624

20.5.2 化学反应对气－水交换速率的影响 625

【例题20.5】甲醛和乙醛的气－水交换增量 629

20.6 问题与习题 630

21.1 建模原理 634

21.1.1 环境科学模型 634

第21章室模型 634

21.1.2 预测、推测、不确定性 635

21.1.3 环境系统 635

【详注21.1】环境系统动力学模型术语 637

21.1.4 空间和时间、迁移和转换 637

21.2 一室模型 639

21.2.1 单变量线性一室模型 639

【详注21.2】瑞士Greifensee湖中PCE的一室模型 642

【例题21.1】评价湖中NTA的行为 642

21.2.2 时间变动性和响应 643

【详注21.3】线性一室模型中依赖于时间的外力 644

【详注21.4】PCE输入的瞬间变化和在Greifensee湖中的浓度响应 646

【例题21.2】高级专题：如何确定Greifensee湖中NTA的降解速率 647

21.2.3 高级专题：非线性一室模型 649

【详注21.5】高级专题：有水流的一室模型和二级反应 650

【例题21.3】高级专题：Greifensee湖中NTA的高级反应 650

21.2.4 两个变量的一室模型 653

【详注21.6】两个联立一阶线性非齐次微分方程的解 653

【例题21.4】小型湖泊中杀虫剂及其分解产物的归趋 655

21.3 二室模型 656

21.3.1 单变量线性二室模型 657

21.3.2 层状湖泊的线性二室模型 658

【详注21.7】层状湖泊的线性二室模型 660

【例题21.5】Greifensee湖中的四氯乙烯（PCE）：从一室模型到二室模型 661

21.3.3 含有两个或两个以上变量的线性二室模型 662

21.3.4 非线性二室模型 663

21.4 高级专题：线性多维模型的动力学特征 663

21.4.1 线性n维系统和它们的特征值 663

【详注21.8】线性系统的特征值和特征函数 664

【例题21.6】Greifensee湖中四氯乙烯（PCE）的动力学行为 666

21.4.3 非齐次系统 666

21.4.2 齐次系统 666

21.4.4 从室模型到连续模型 668

21.5 问题与习题 669

第22章时空模型 672

22.1 一维扩散／水平对流／反应模型 672

22.1.1 迁移过程和高斯定理 672

22.1.2 一维扩散／水平对流／反应方程 674

【详注22.1】一维稳态扩散／对流／反应方程 675

22.1.3 Peclet数和Damk？hler数 676

【详注22.2】Damk？hler数的其他定义 677

【例题22.1】一个小型湖泊中二氯二氟甲烷（CFC-12）的垂直分布 679

22.2湍流扩散 680

22.2.1 湍流交换模型 681

22.2.2 Reynold分解模型 681

22.2.3垂直湍流扩散 683

【例题22.2】某湖泊中垂直湍流扩散系数 685

22.3 水平扩散：二维混合 688

22.3.1 湍流理论和“4/3法则” 688

【详注22.3】湍流扩散和空间尺度 689

22.3.2 剪切扩散模型 690

【详注22.4】剪切扩散模型 691

【例题22.3】某湖泊表层下农药阿特拉津的剪切－扩散云 692

22.4 高级专题：弥散 693

22.4.1 弥散和Fick定律 694

22.4.2弥散系数 695

【例题22.4】地下水中的挥发性有机物从非饱和带进入大气的输送——再议 695

【例题19.2】 695

22.4.3 结语 697

22.5 问题与习题 697

第23章水塘、湖泊和海洋 701

第5部分 环境系统和案例研究 701

23.1 湖泊、水塘和海洋的线性一室模型 702

【详注23.1】湖泊、水塘和海洋中完全混合水体的线性一室模型 703

【例题23.1】乙烯乙酸酯泄漏到某水塘中 704

23.2 颗粒物和沉积物－水界面的作用 705

23.2.1 溶解相和颗粒相间的分配 705

23.2.2 颗粒物沉降 707

23.2.3 苏必利尔湖中的PCBs（第一部分） 710

23.2.4 发生在沉积物－水界面的交换 714

【详注23.2】沉积物－水交换模型 715

23.2.5 苏必利尔湖中的PCBs（第二部分） 716

23.3 湖泊的二室模型 717

23.3.1 湖泊－沉积物体系的二室模型 717

【详注23.3】线性水－沉积物模型的解 720

23.3.2 苏必利尔湖中的PCBs（第三部分） 720

23.3.3其他二室模型 722

23.4 高级专题：一维连续湖泊模型 722

23.4.1 相对于反应与边界通量的内部迁移 722

23.4.2 一维垂直湖泊模型 724

23.4.3 数值模型 727

【详注23.4】一维垂直湖泊模型偏微分方程的数值近似 727

23.4.4 一维垂直湖泊模型的应用 728

23.5 问题与习题 730

第24章河流 735

24.1 河流中的迁移与反应 735

24.1.1 河水水流的表征 735

24.1.2均流迁移 736

【例题24.1】不同流量下河流G的平均流速 738

【详注24.1】河流中水平对流／反应方程的静态求解 740

24.1.3 均流与大气－水交换 741

【例题24.2】河流G中的大气－水交换 742

24.1.4 从反应时间到反应距离 744

24.1.5 沉积物－水的相互作用 745

【例题24.3】河流G中的阿特拉津泄漏 746

【详注24.2】沙质沉积物中的沉积物－水交换 747

24.2河流中的湍流混合与弥散 748

24.2.1 湍流引起的垂直混合 748

24.2.3 弥散引起的纵向混合 749

24.2.2 湍流引起的侧向混合 749

【例题24.4】河流G中的湍流扩散和纵向弥散 751

24.2.4 纵向弥散引起的污染团稀释 752

【例题24.5】河流G中的阿特拉津泄漏：弥散的影响 754

24.3 河流的线性迁移／反应模型 755

24.3.1 总负荷与最大浓度的削减：考虑所有过程 755

24.3.2 个例研究一——密西西比河中的氯仿污染 757

24.3.3 个例研究二——仓库失火造成的莱茵河化学物质污染 759

24.4 问题与习题 764

25.1 地下水水力学 768

25.1.1物理性质 768

第25章地下水 768

25.1.2地下水系统S 770

25.1.3 均流迁移与Darcy定律 771

25.1.4 纵向弥散 773

25.1.5 平流与弥散 774

【例题25.1】Darcy定律在地下水系统S中的应用 775

【例题25.2】地下水系统S中的弥散与平流 776

25.2 高级专题：含水层中污染物输入与时间的关系 777

25.2.1 瞬时输入 778

25.2.2 阶跃式输入 779

25.2.3周期式输入 780

【例题25.3】污染的河水渗入地下水系统S 782

【例题25.4】河流R中2，4－二硝基苯酚浓度的突然升高（1） 783

【例题25.5】河流R中2，4－二硝基苯酚浓度的突然升高（2） 783

25.3吸附与转化 784

25.3.1 高级专题：吸附的效应 784

25.3.2 转化过程的影响 786

25.3.3 胶体在污染物迁移中的作用 787

25.3.4 模型与实际应用 787

【例题25.6】四氯乙烯在地下水系统S中的迁移 788

【例题25.7】苄氯渗入地下水系统S 789

25.4 问题与习题 790

附录 795

附录A数学公式 795

A.1正态分布 795

A.2 误差函数和补余误差函数 795

附录B 物理常数和单位 797

B.1 一些有用的常数 797

B.3 水的特殊性质与温度的关系 798

B.2 物理量的量纲和单位 798

B.4 溶质的水相Schmidt数 800

B.5 干气体的特殊性质 800

附录C 有机化合物的物理化学性质 800

附录D平衡常数和速度常数与温度的关系 810

D.1 平衡常数和速度常数与温度的关系各自作为相应焓变和活化能的函数 810

D.2 水的离子积与温度的关系 810

附录E地球性质 811

E.1 地球性质 811

E.2地球上水的储量和流量 811

参考文献 812