工程与环境导论PDF电子书下载

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PCBs 328

9.1 引言：什么是PCBs？ 329

9.2 PCBs的毒性 330

9.3 环境中的PCBs 331

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PCBs 338

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PCBs 353

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