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环境有机化学

《环境有机化学》是2004年化学工业出版社出版的图书,作者是瑞恩P施瓦茨巴赫,菲利普M施格文,迪特尔M英博登。

出版时间:2004-01-01 版 次:1 页 数:856 装 帧:平装 开 本:16开 所属分类:图书 > 科技 > 一般工业技术

本书译自享誉欧美的《环境有机化学》第二版,全面介绍了环境有机化学领域的基本原理,反映了本领域在21世纪的研究现状与最新进展。全书主要包括四个部分;气-液-固相平衡分配;转化过程;建模工具;迁移与反应;环境系统和案例研究,全面介绍了有机污染物的理化性质、环境过程机制以及影响环境自然系统和工程系统中有机化学物质的迁移、转化与归趋的环境因子,这些性质和环境因子可以用来定量评价有机化学物质的环境行为。本书的特点之一是涵盖面广,包含了基础化学、环境化学、环境生物学、环境物理学和数学模拟等领域的内容,书中还穿插了例题、详注和配套问题与习题。本书的特点之二是书中收录了大量的参考文献(超过1000条),可以帮助读者进行更深入的研究和学习。本书的另一个特色是适用读者面宽,对初学者和有更多专业知识的人都适用。总之,本书是一本非常优秀的环境有机化学教材,可供环境科学与工程专业本科生、硕士生及博士生使用,也可以作为环境化学、环境生物学、环境地学、环境医学、环境工程、环境政策与管理等领域的教材,还可为相关领域的科学研究人员及感兴趣的读者提供参考。

第1部分绪论

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

【例题2.1 】确定有机分子中碳原子的氧化态15

2.2.6 有机分子中原子的空间排列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

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

3.4.4 总结评论61

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

【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 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

4.3.2 沸点时的蒸发Trouton恒熵法则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

第5章活度系数和水溶解度87

5.1 引言87

5.2 热力学因素87

5.2.1 液体有机物的溶解度和水活度系数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 实验数据的获得:估算水活度系数和水溶解度的方法112

5.5.1 实验数据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

6.2.3 温度对大气?液体分配的作用120

6.3 大气?有机溶剂分配120

6.3.1 大气?有机溶剂分配常数和其他分配常数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

第7章有机液体?水分配137

7.1 引言137

7.2 热力学因素137

7.2.1 有机溶剂?水分配系数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

第8章有机酸碱:酸常数和分配行为157

8.1 引言157

8.2 热力学参数157

8.2.1 有机酸和酸度常数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Kid183

【例题9.1 】从实验数据获得Kid183

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 中性有机化合物从水相到固相有机质(POM)的吸附作用188

9.3.1 概述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

【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 "溶解"有机物质(DOM)对中性化合物的吸附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[a]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

【例题11.3 】环境烟草烟雾中的有机物在气相?颗粒间的分配:吸附还是吸收?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σsurfex278

11.4.2 离子交换吸附"反应"、自由能与平衡常数的概念280

11.4.3 有机阳离子的离子交换282

【详注11.2 】在溶液中含有单价共轭离子(如Cl-)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

11.4.4 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

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

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 Br?nstde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

【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

估算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

【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

15.4 量子产率和直接光解速率429

15.4.1 定量直接光解的一级反应速率常数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

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

16.1 引言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

16.3.1 对流层中HO的来源与典型浓度451

16.3.2 与HO反应的速率常数和对流层半衰期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

第18章随机运动迁移524

18.1 引言524

18.2 随机运动525

【详注18.1 】确定过程和随机过程526

18.2.1 Bernoulli系数526

18.2.2 正态分布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 多孔介质中的扩散551

18.4.1 孔隙中的扩散率与Fick定律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 环境中其他随机迁移过程558

18.5.1 湍流扩散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viw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

20.4.2 急湍河流与大涡流模型622

20.4.3 通过气泡加速的气?水交换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

第21章室模型634

21.1 建模原理634

21.1.1 环境科学模型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

21.4.2 齐次系统666

21.4.3 非齐次系统666

【例题21.6 】Greifensee湖中四氯乙烯(PCE)的动力学行为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【例题19.2 】695

22.4.3 结语697

22.5 问题与习题697

第5部分环境系统和案例研究

第23章水塘、湖泊和海洋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

24.2.2 湍流引起的侧向混合749

24.2.3 弥散引起的纵向混合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

第25章地下水768

25.1 地下水水力学768

25.1.1 物理性质768

25.1.2 地下水系统S770

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S782

【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S789

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.2 物理量的量纲和单位798

B.3 水的特殊性质与温度的关系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

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