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