環境有機化學

《環境有機化學》是2004年化學工業出版社出版的圖書，作者是瑞恩P·施瓦茨巴赫，菲利普M·施格文，迪特爾M·英博登。

基本介紹

• 書名：環境有機化學
• 作者：（瑞士）瑞恩P·施瓦茨巴赫，（美國）菲利普M·施格文，（瑞士）迪特爾M·英博登
• ISBN：9787502547943
• 頁數：856
• 出版社：化學工業出版社
• 出版時間：2004-01-01
• 裝幀：平裝
• 開本：16開

內容簡介

本書譯自享譽歐美的《環境有機化學》第二版，全面介紹了環境有機化學領域的基本原理，反映了本領域在21世紀的研究現狀與最新進展。全書主要包括四個部分；氣-液-固相平衡分配；轉化過程；建模工具；遷移與反應；環境系統和案例研究，全面介紹了有機污染物的理化性質、環境過程機制以及影響環境自然系統和工程系統中有機化學物質的遷移、轉化與歸趨的環境因子.這些性質和環境因子可以用來定量評價有機化學物質的環境行為。

本書的特點之一是涵蓋面廣，包含了基礎化學、環境化學、環境生物學、環境物理學和數學模擬等領域的內容，書中還穿插了例題、詳註和配套問題與習題。本書的特點之二是書中收錄了大量的參考文獻（超過1000條），可以幫助讀者進行更深入的研究和學習.本書的另一個特色是適用讀者面寬，對初學者和有更多專業知識的人都適用.總之，本書是一本非常優秀的環境有機化學教材，可供環境科學與工程專業本科生、碩士生及博士生使用，也可以作為環境化學、環境生物學、環境地學、環境醫學、環境工程、環境政策與管理等領域的教材，還可為相關領域的科學研究人員及感興趣的讀者提供參考。

目錄

第1部分緒論

第1章總論1

1.1 引言1

1.2 環境中有機化學物質的評價：需要與任務3

1.3 內容簡介4

1.3.1 目標4

1.3.2 閱讀指南5

1.3.3 符號規則6

第2章環境有機化學物質簡介8

2.1 引言8

2.2 有機化合物的組成8

2.2.1 元素組成、分子式和摩爾質量8

2.2.2 有機化合物中元素的電子殼層9

2.2.3 共價鍵10

2.2.4 鍵能（焓）、鍵長與電負性原理11

2.2.5 有機分子中原子的氧化態14

【例題2.1 】確定有機分子中碳原子的氧化態15

2.2.6 有機分子中原子的空間排列15

2.2.7 離域電子、共振與芳香性18

2.3 環境有機化合物的分類、命名與實例20

2.3.1 有機化合物的碳骨架：飽和烴、不飽和烴和芳香烴21

2.3.2 有機鹵化合物23

2.3.3 含氧官能團25

2.3.4 含氮官能團29

2.3.5 含硫官能團32

2.3.6 含磷官能團34

2.3.7 其他具有複雜結構的化合物35

2.4 問題與習題36

第2部分氣、液和固相間的平衡分配

第3章分配：分子相互作用和熱力學39

3.1 引言39

3.2 有機化合物在不同相之間的分配及分子間相互作用39

3.2.1 分配“反應”39

3.2.2 分子間引力的來源40

【詳註3.1 】根據有機物進行特殊分子相互作用的能力進行分類41

3.2.3 兩相分配擴散能的相對強度41

3.2.4 平衡分配常數43

3.2.5 從氣相吸收的例子44

【例題3.1 】純液體化合物的蒸氣壓和分子相互作用45

【例題3.2 】氣?溶劑分配47

3.2.6 從氣相吸附的例子47

【例題3.3 】氣?固體表面分配47

3.3 利用熱力學函式量化分子能量48

3.3.1 化學勢48

3.3.2 逸度50

3.3.3 化合物在氣體狀態下的壓力和逸度50

3.3.4 參照態和標準態51

3.3.5 液體和固體的逸度52

3.3.6 活度係數和化學勢53

3.3.7 過剩自由能、過剩焓和過剩熵54

3.4 利用熱力學函式評價平衡分配56

3.4.1 平衡分配常數和遷移標準自由能56

3.4.2 溫度對平衡分配的影響58

3.4.3 用線性自由能相關（LFER）模型預測和估算分配常數或分配係數59

【詳註3.2 】分配常數、分配係數和分配比——對術語的一些注釋60

3.4.4 總結評論61

3.5 利用分配常數/係數估算中性有機化合物在多相體系中的平衡分配61

【例題3.4 】“湯碗”問題62

3.6 問題與習題63

第4章蒸氣壓65

4.1 引言65

4.2 理論背景65

4.2.1 全相態圖：正常熔點（Tm）、正常沸點（Tb）和臨界點（Tc，p*ic）66

4.2.2 蒸氣壓?溫度關係的熱力學描述68

【例題4.1 】基本蒸氣壓計算71

4.3 分子相互作用和蒸氣壓73

4.3.1 蒸發自由能的焓貢獻和熵貢獻73

4.3.2 沸點時的蒸發Trouton恆熵法則73

4.3.3 范德華力的量化和確定純液體蒸氣壓的極性相互作用的量化75

4.4 蒸氣壓實驗數據的獲得和估算方法77

4.4.1 實驗數據77

4.4.2 液體蒸氣壓估算方法79

4.4.3 熔解熵與固體蒸氣壓80

【詳註4.1 】用來估算相變過程熵的參數81

4.5 問題與習題82

第5章活度係數和水溶解度87

5.1 引言87

5.2 熱力學因素87

5.2.1 液體有機物的溶解度和水活度係數87

5.2.2 固體有機物的溶解度和水活度係數89

5.2.3 氣體有機物的溶解度和水活度係數89

【例題5.1 】由溶解度實驗數據計算水溶液中的化合物液體的水溶解度、水活度係數和過剩自由能90

5.2.4 濃度和水活度係數的關係91

5.3 水溶液中有機化合物過剩自由能的分子解釋92

5.3.1 過剩自由能的焓貢獻和熵貢獻92

5.3.2 溶解過程的分子描述93

5.3.3 描述水活度係數的模型94

【詳註5.1 】從結構估算摩爾體積96

【例題5.2 】評估決定化合物水活度係數的因素99

5.4 溫度和溶液組成對水溶解度和活度係數的影響100

5.4.1 溫度100

【例題5.3 】溫度對水溶解度和水活度係數的作用評價101

5.4.2 溶解的無機鹽103

【例題5.4 】無機鹽對水溶解度和水活度係數的影響106

5.4.3 高級專題——有機助溶劑107

【例題5.5 】估算有機溶劑?水混合體系中有機污染物的溶解度和活度係數111

5.5 實驗數據的獲得：估算水活度係數和水溶解度的方法112

5.5.1 實驗數據112

5.5.2 水溶解度和水活度係數的預測113

5.6 問題與習題114

第6章大氣?有機溶劑及大氣?水分配118

6.1 引言118

6.2 熱力學因素118

6.2.1 Raoult定律118

6.2.2 亨利定律和亨利常數119

6.2.3 溫度對大氣?液體分配的作用120

6.3 大氣?有機溶劑分配120

6.3.1 大氣?有機溶劑分配常數和其他分配常數120

6.3.2 不同有機溶劑的比較121

6.3.3 不同大氣?有機溶劑體系中分配常數的線性自由能相關模型122

6.3.4 描述大氣?有機溶劑分配的模型124

6.3.5 大氣?有機溶劑分配常數套用中的溫度相關125

6.3.6 套用126

【例題6.1 】通過大氣污染物評價有機液體污染126

6.4 大氣?水分配127

6.4.1 亨利定律常數127

6.4.2 溫度對大氣?水分配的作用128

6.4.3 溶液組成對大氣?水分配的作用129

【例題6.2 】評價不同溫度下大氣?水體系中氣體交換方向129

【例題6.3 】評價溶液組成對大氣?水相分配的作用130

6.4.4 實驗數據的獲得131

6.4.5 大氣?水分配常數的估算132

【例題6.4 】通過鍵貢獻方法估算大氣?水分配常數133

6.5 問題與習題134

第7章有機液體?水分配137

7.1 引言137

7.2 熱力學因素137

7.2.1 有機溶劑?水分配係數137

7.2.2 溫度和鹽對有機溶劑?水分配係數的影響138

7.3 不同的有機溶劑?水分配系統比較139

7.3.1 概述139

7.3.2 不同溶劑?水系統中與分配係數有關的線性自由能相關方程140

7.3.3 描述有機溶劑?水分配的模型141

【例題7.1 】影響化合物溶劑?水分配係數的因素評價141

7.4 正辛醇?水分配係數142

7.4.1 概述142

7.4.2 實驗數據的有效性143

7.4.3 單參數線性自由能相關方程估算辛醇?水分配係數144

7.4.4 多參數線性自由能相關方程估算辛醇?水分配係數145

7.4.5 原子/碎片貢獻法估算辛醇?水分配係數145

【例題7.2 】用原子/碎片貢獻法從化合物結構估算辛醇?水分配係數148

【例題7.3 】從結構相似化合物的Kiow實驗數據估算辛醇?水分配係數149

7.5 高級專題：有機化合物從有機液體混合物中向水中的溶解?平衡思考150

【例題7.4 】在水與Aroclor(氯化三聯苯)和Aroclor/液壓油混合物達到混合

平衡時，單個PCB同系物在水中濃度的估算152

7.6 問題與習題153

第8章有機酸鹼：酸常數和分配行為157

8.1 引言157

8.2 熱力學參數157

8.2.1 有機酸和酸度常數157

8.2.2 有機鹼160

8.2.3 溫度對酸度常數的影響162

8.2.4 天然水體中的形態162

【例題8.1 】評價天然水體中有機酸鹼的形態163

8.3 化學結構和酸度常數165

8.3.1 酸鹼官能團概述165

8.3.2 誘導效應165

8.3.3 去定域化效應166

8.3.4 鄰近效應167

8.4 實驗數據的獲得；酸度常數的估算方法168

8.4.1 實驗數據168

8.4.2 酸度常數的估算：Hammett相關168

【例題8.2 】用Hammett方程計算芳香酸鹼的酸度常數172

8.5 有機酸鹼的水溶性和分配行為173

8.5.1 水溶性173

8.5.2 氣?水分配行為173

【例題8.3 】評價雲中有機酸鹼的氣?水分配174

8.5.3 有機溶劑?水分配行為175

8.6 問題與習題176

第9章吸附Ⅰ：總論和有機質的吸附過程178

9.1 引言178

9.2 吸附等溫線、固體?水分配係數（Kid）及溶解分數（fiw）180

9.2.1 定性因素180

9.2.2 吸附等溫線的定量描述181

9.2.3 固體?水分配係數Kid183

【例題9.1 】從實驗數據獲得Kid183

9.2.4 體系中化合物的溶解及吸收分數185

9.2.5 Kid的複雜性187

9.3 中性有機化合物從水相到固相有機質（POM）的吸附作用188

9.3.1 概述188

9.3.2 與吸附過程相關的POM結構特徵190

9.3.3 Kioc值的測定及實驗數據的獲得194

9.3.4 Kioc值的估算195

9.3.5 Kioc作為吸附物濃度的函式197

【例題9.2 】菲在土壤和沉積物POM上的吸附與濃度的關係評價198

【例題9.3 】對受污染的沉積物中孔隙水濃度的估算200

9.3.6 溫度和溶液組成對Kioc的影響201

【例題9.4 】20%甲醇存在於“水”相時對含水土層中菲的延滯的影響203

9.4 “溶解”有機物質（DOM）對中性化合物的吸附203

9.4.1 DOM?溶質結合的定性描述204

9.4.2 KiDOC值的測定及實驗數據的獲得204

9.4.3 DOM的性質決定KiDOC值的數量級205

9.4.4 pH值、離子強度及溫度對KiDOC的影響206

【例題9.5 】DOM對苯並[a]芘（BP）生物有效性的影響評價208

9.5 天然有機物質（NOM）對有機酸和鹼的吸附208

9.5.1 一般認識：帶電基團對吸附過程的影響208

9.5.2 形成陰離子物質的化合物(有機酸)的吸附過程209

9.5.3 形成陽離子物質的化合物(有機鹼)的吸附過程210

9.6 問題與習題212

第10章吸附Ⅱ：在生命介質中的分配——生物積累與基線毒性216

10.1 引言216

10.2 化合物在特定生物介質中的分配218

10.2.1 生命介質的組成218

10.2.2 生物體中特殊類型有機相的平衡分配219

10.2.3 整體生物的平衡分配預測模型224

10.2.4 用於描述實驗生物積累數據的參數225

【例題10.1 】評估含膠體水溶液的生物積累因子226

【例題10.2 】評估水中的平衡生物積累因子227

【例題10.3 】評估大氣中的平衡生物積累因子228

10.3 水生生態系統中的生物積累228

10.3.1 生物積累的動力學過程228

10.3.2 評價生物積累的不平衡性——生物區系與沉積物積累因子230

10.3.3 利用逸度和化學活度估算生物積累的不平衡性233

【例題10.4 】由逸度或者化學活度推算生物積累因子235

10.4 陸生生態系統中的生物積累236

10.4.1 有機污染物從大氣向陸生生物區系的遷移237

10.4.2 大氣?植物之間的平衡分配237

【例題10.5 】評價PCBs在大氣與牧草之間的分配238

10.4.3 土壤中有機污染物的吸收240

10.5 生物放大240

10.5.1 生物放大的定義240

10.5.2 沿著水生生物食物鏈和食物網進行的生物放大242

10.5.3 沿著陸生食物鏈進行的生物放大244

10.6 基線毒性（麻醉）247

10.6.1 基線毒性的定量結構——活性相關(QSARs)247

10.6.2 臨界體負荷與致死體負荷250

【例題10.6 】評價氯代苯在魚體內的致死體負荷251

10.7 問題與習題252

第11章吸附Ⅲ：無機表面的吸附過程256

11.1 引言256

11.2 氣相中非離子型有機化合物在無機礦物表面的吸附258

11.2.1 礦物表面的特徵258

11.2.2 非極性和單極性化合物在氣?固界面上吸附的能量控制模型260

11.2.3 一些液體和固體的范德華力和極性表面參數262

11.2.4 估算非極性和單極性化合物在氣?固表面的吸附係數及其套用264

【例題11.1 】估算氣相中的菲在管壁表面吸附的分數265

【例題11.2 】氣相中四氯乙烯在潮土和乾土上的吸附266

【例題11.3 】環境菸草煙霧中的有機物在氣相?顆粒間的分配：吸附還是吸收？267

11.3 水體中非離子有機物在無機表面的吸附268

11.3.1 非極性和弱單極性化合物在礦物表面附近區域上的分配269

11.3.2 基於電子供體/受體相互作用的表面吸附271

【例題11.4 】估算地下水中三硝基甲苯遷移的阻滯作用274

11.4 水體中離子型有機物在帶電荷礦物表面的吸附274

11.4.1 水體中礦物表面的電荷275

【詳註11.1 】當H+和OH-為支配電勢離子，推算固體氧化物表面電荷σsurfex278

11.4.2 離子交換吸附“反應”、自由能與平衡常數的概念280

11.4.3 有機陽離子的離子交換282

【詳註11.2 】在溶液中含有單價共軛離子(如Cl－)條件下，陽離子有機物

（i=BH+）與單價無機陽離子M+(如Na+或K+)的離子交換等溫線、陽離子交換容量CEC的常見計算方法282

11.4.4 有機吸著物的R基團對疏水性的影響284

【例題11.5 】酸氣處理廠的地下水中異丙二醇胺(DIPA)的轉移285

【例題11.6 】估計在不同pH值下十二烷基磺酸鹽在氧化鋁(礬土)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 高級專題：有機化合物的表面反應290

11.5.1 有機吸著物?天然有機質的反應290

11.5.2 有機吸著物?無機固體表面的反應291

【例題11.7 】估算安息香酸在針鐵礦上的吸附294

11.6 問題與習題296

第3部分轉化過程

第12章轉化反應的熱力學及動力學304

12.1 引言304

12.2 轉化反應熱力學304

【例題12.1 】產甲烷降解時共生的動力學306

【例題12.2 】溴甲烷向氯甲烷的轉化及其逆反應307

12.3 轉化反應的動力學特徵309

12.3.1 反應動力學的現象描述309

12.3.2 一階反應動力學309

【詳註12.1 】一些重要的數學背景——一階線性非齊次微分方程（FOLIDE）310

12.3.3 一階反應及其逆反應312

12.3.4 高階反應313

12.3.5 催化反應313

【詳註12.2 】酶催化反應（Mechaelis?Menten酶動力學）314

12.3.6 Arrhenius方程和過渡態理論315

12.3.7 線性自由能相關317

12.3.8 溶液組成對反應速率的影響318

12.4 完全混合反應器和一室模型318

【例題12.3 】苄基氯向池塘的泄漏320

12.5 問題與習題321

第13章化學轉化Ⅰ：水解反應與親核反應323

13.1 引言323

【例題13.1 】估計水解反應的熱力學324

13.2 飽和碳原子上的親核取代和消除反應325

13.2.1 飽和碳原子上鹵族元素的親核取代325

【詳註13.1 】軟硬Lewis酸鹼理論(HSAB)330

【例題13.2 】某些包含甲基溴的反應331

【例題13.3 】在Massachusetts地區LowerMystic湖均溫層中的

1，2?二溴乙烷332

13.2.2 多鹵代烷烴的消除反應機理334

13.3 羧酸衍生物與碳酸衍生物的水解反應339

13.3.1 羧酸酯的水解反應340

【例題13.4 】由試驗數據導出水解反應的動力學參數341

【例題13.5 】計算水解反應時間隨溫度與pH值的變化343

13.3.2 醯胺349

13.3.3 氨基甲酸酯350

13.3.4 定量結構?反應性思考353

13.3.5 Hammett相關353

【例題13.6 】用Hammett相關估計水解速率常數354

13.3.6 Br?nstde相關355

13.4 磷酸酯和硫代磷酸酯的水解反應356

13.5 高級專題：溶解金屬物種與金屬氧化物表面對水解反應的影響360

13.5.1 溶解金屬物種的影響360

13.5.2 金屬氧化物表面的影響363

13.6 問題與習題364

第14章化學轉化Ⅱ：氧化還原反應371

14.1 引言371

14.2 氧化還原反應的熱力學思考373

14.2.1 半反應和(標準)反應還原電位374

【例題14.1 】依據生成自由能的標準還原電位的計算377

14.2.2 單電子還原電位379

14.2.3 環境中決定氧化還原條件的過程380

【例題14.2 】給定系統中氧和硝酸鹽質量平衡的建立382

14.2.4 環境條件下氧化還原反應熱力學評估383

【例題14.3 】pH值和總H2S濃度函式的H2S水溶液的還原電位的計算385

【例題14.4 】依據半反應還原電位的反應自由能的計算386

14.3 氧化還原的反應途徑和動力學388

14.3.1 決定氧化還原反應速率的因素388

14.3.2 硝基芳香族化合物(NAC)的還原反應389

【例題14.5 】硫化氫存在條件下由DOM組成的硝基芳香族化合物還原速率的

估算396

14.3.3 多鹵代C1?化合物和C2?化合物的還原性脫鹵反應397

14.3.4 氧化反應402

14.4 問題與習題405

第15章直接光解411

15.1 引言411

15.2 光化學基本定律411

15.2.1 化學物質對光的吸收：摩爾消光係數411

【例題15.1 】測定有機污染物的摩爾消光係數413

15.2.2 化學結構與光吸收414

15.2.3 激發態化學物種的變化：量子產率417

15.3 天然水體中有機化合物的光吸收420

15.3.1 天然水體中的光和光衰減420

15.3.2 有機污染物光吸收的特徵速率422

15.3.3 有機污染物在近表面光吸收的特徵速率422

15.3.4 計算有機污染物的近表面光吸收特徵速率示例424

15.3.5 有機污染物在充分混合水體中的光吸收特徵速率426

15.3.6 光禁止因子428

【例題15.2 】利用光禁止因子S（λ）計算湖水變溫層中PNAP的光吸收總特徵速率429

15.4 量子產率和直接光解速率429

15.4.1 定量直接光解的一級反應速率常數429

【例題15.3 】混合充分的變溫層湖水中弱有機酸的光解半衰期估算431

15.4.2 高級專題：量子產率的測定和化學露光計432

15.5 固體吸附劑（顆粒物、土壤表層）對直接光解的影響434

15.5.1 水中顆粒物的影響434

15.5.2 土壤表面的直接光解作用435

15.6 問題與習題435

第16章間接光解：天然水體和大氣中與光氧化劑進行的反應439

16.1 引言439

16.2 地表水中的間接光解440

16.2.1 概述440

16.2.2 光氧化反應的動力學研究方法442

【例題16.1 】陽光照射下天然水體中近表面處羥基穩態濃度的估算443

16.2.3 與羥基的反應444

【例題16.2 】淺水池塘中阿特拉津間接光解半衰期的估算445

16.2.4 與單重態氧的反應446

16.2.5 與DOM活性組分的反應449

16.3 （對流層）大氣中的間接光解——與羥基自由基的反應450

16.3.1 對流層中HO·的來源與典型濃度451

16.3.2 與HO·反應的速率常數和對流層半衰期451

16.3.3 氣相中HO·反應速率常數的估算453

【例題16.3 】預測對流層中有機污染物的半衰期456

16.4 問題與習題458

第17章生物轉化461

17.1 引言461

【例題17.1 】一個建議的微生物轉化熱力學上可行嗎?463

17.2 關於微生物的一些重要概念464

17.2.1 微生物生態學及相互作用464

17.2.2 酶學466

17.3 微生物有機化學家的生物化學策略470

17.3.1 化學結構?生物降解性研究472

17.3.2 水解474

【例題17.2 】1，2?二溴乙烷（EDB）的微生物降解產物是什麼?476

【例題17.3 】利谷隆的微生物降解產物是什麼?480

17.3.3 涉及親電含氧生物反應劑的氧化反應480

【例題17.4 】氯乙烯在含氧環境下的微生物降解產物是什麼?484

17.3.4 涉及親核富電子生物反應劑的還原反應485

【例題17.5 】DDT在還原環境下的微生物降解產物是什麼?492

17.3.5 含碳基團或水的加成493

17.4 生物轉化速率：攝取496

17.5 生物轉化速率：微生物生長500

17.5.1 Monod種群生長動力學500

【詳註17.1 】微生物種群生長的Monod限制基質模型501

【例題17.6 】用生長於完全混合池中基質上的微生物評價甘油的生物降解505

【例題17.7 】估算降解泄漏化學物質的時間506

17.6 生物轉化速率：酶507

17.6.1 Michaelis?Menten酶動力學507

17.6.2 酶動力學的實例：水解酶509

【詳註17.2 】在簡化的假定下R-L酶水解的動力學表達式511

17.6.3 估算Michaelis?Menten酶動力學的生物轉化速率515

【例題17.8 】完全混合池中以甲烷為基質的微生物共代謝生物降解三氯乙烯的評價515

【例題17.9 】估算有機污染物在天然系統中的生物轉化速率517

17.7 問題與習題518

第4部分建模工具：遷移和反應

第18章隨機運動遷移524

18.1 引言524

18.2 隨機運動525

【詳註18.1 】確定過程和隨機過程526

18.2.1 Bernoulli係數526

18.2.2 常態分配526

【詳註18.2 】正態(高斯)分布528

18.2.3 兩個基本的隨機運動遷移的描述：質量遷移模型和梯度流定律528

18.2.4 Fick第一定律：與擴散通量相關的濃度的空間變化529

18.2.5 質量守恆和Fick第二定律530

18.2.6 高級專題：常態分配——Fick第二定律的一個重要解532

【詳註18.3 】三維空間中的質量守恆和Fick第二定律533

18.2.7 平面邊界上的擴散533

18.2.8 平面邊界上的對稱擴散535

18.2.9 高級專題：向球形顆粒和從球形顆粒向外的擴散536

18.3 分子水平的隨機運動：分子擴散係數537

18.3.1 理想氣體的擴散率和分子理論537

18.3.2 空氣中的擴散率539

【例題18.1 】估算摩爾體積543

【例題18.2 】估算空氣中的分子擴散率544

18.3.3 水中的擴散率545

【詳註18.4 】流體中分子擴散率的溫度依賴549

【例題18.3 】估算水中的分子擴散率550

18.4 多孔介質中的擴散551

18.4.1 孔隙中的擴散率與Fick定律551

18.4.2 充滿氣體的孔隙中的擴散：Knudsen效應552

18.4.3 充滿液體的孔隙中的擴散：Renkin效應552

18.4.4 土壤非飽和帶中的擴散553

18.4.5 吸附性化合物在多孔介質中的擴散：有效擴散率553

【詳註18.5 】多孔介質中吸附性化合物的遷移和透過時間554

【例題18.4 】估算汽油中的苯從土壤向空氣中擴散的穩態通量555

【例題18.5 】解釋湖泊沉積物中多氯代萘的地層曲線特徵556

18.5 環境中其他隨機遷移過程558

18.5.1 湍流擴散558

18.5.2 擴散的長度範圍559

18.5.3 彌散560

18.6 問題與習題560

第19章跨界遷移563

19.1 環境中邊界的作用563

19.2 瓶頸邊界566

19.2.1 簡單瓶頸邊界566

19.2.2 簡單的非界面瓶頸邊界567

【例題19.1 】湖泊中水的垂直交換568

19.2.3 兩層和多層瓶頸邊界568

19.2.4 不同介質間的瓶頸邊界569

【例題19.2 】地下水中的揮發性化合物通過非飽和層向大氣層的擴散571

19.3 屏障邊界572

19.3.1 相同介質間的屏障邊界573

19.3.2 不同介質間的屏障邊界573

19.3.3 作為屏障邊界的沉積物?水界面574

【詳註19.1 】沉積物?水界面處吸附溶質的平衡576

19.3.4 高級專題：具有邊界層的屏障邊界576

【例題19.3 】Boston灣的歷史性污染沉積物中PCBs的釋放579

【例題19.4 】非水相液體（NAPL）進入水相的擴散580

19.3.5 邊界濃度隨時間變化的屏障邊界583

19.4 擴散邊界584

19.4.1 污染物鋒面上的彌散584

【詳註19.2 】高級專題：有限污染物斑點沿一維的稀釋585

19.4.2 不同相間的擴散邊界586

19.5 高級專題：球面邊界588

19.5.1 圍繞球面結構的瓶頸邊界588

19.5.2 水包圍的多孔顆粒的吸附動力學589

【詳註19.3 】具有邊界層的球面屏障邊界592

19.5.3 有限容積吸附593

【例題19.5 】來自污染沉積物的有機化合物的解吸附動力學594

19.6 問題和習題595

第20章氣?水交換598

20.1 引言598

【例題20.1 】估算氣?水交換的方向599

20.2 氣?水遷移速率的測定602

20.2.1 水蒸發引起的空氣遷移速率602

【例題20.2 】估算純有機液體的蒸發速率604

20.2.2 具有大數值亨利常數的化合物引起的水相遷移速率605

【詳註20.1 】風速變化對揮發性化合物的平均氣?水交換速率的影響607

20.3 氣?水交換模型609

20.3.1 薄膜模型610

20.3.2 表面更新模型611

20.3.3 邊界層模型611

【詳註20.2 】溫度對不同模型計算的揮發性化合物氣?水交換速率viw的影響614

20.3.4 總氣?水交換速率615

【例題20.3 】評價不同水溫下風速對總氣?水遷移速率的影響617

20.4 流動水體中的氣?水交換619

【詳註20.3 】河流中氣?水交換的渦流模型620

20.4.1 平緩水體與小渦流模型621

20.4.2 急湍河流與大渦流模型622

20.4.3 通過氣泡加速的氣?水交換622

【例題20.4 】河水中苯的氣?水交換623

20.5 高級專題：表面膜與化學反應對氣?水交換過程的影響624

20.5.1 表面膜624

20.5.2 化學反應對氣?水交換速率的影響625

【例題20.5 】甲醛和乙醛的氣?水交換增量629

20.6 問題與習題630

第21章室模型634

21.1 建模原理634

21.1.1 環境科學模型634

21.1.2 預測、推測、不確定性635

21.1.3 環境系統635

【詳註21.1 】環境系統動力學模型術語637

21.1.4 空間和時間、遷移和轉換637

21.2 一室模型639

21.2.1 單變數線性一室模型639

【詳註21.2 】瑞士Greifensee湖中PCE的一室模型642

【例題21.1 】評價湖中NTA的行為642

21.2.2 時間變動性和回響643

【詳註21.3 】線性一室模型中依賴於時間的外力644

【詳註21.4 】PCE輸入的瞬間變化和在Greifensee湖中的濃度回響646

【例題21.2 】高級專題：如何確定Greifensee湖中NTA的降解速率647

21.2.3 高級專題：非線性一室模型649

【詳註21.5 】高級專題：有水流的一室模型和二級反應650

【例題21.3 】高級專題：Greifensee湖中NTA的高級反應650

21.2.4 兩個變數的一室模型653

【詳註21.6 】兩個聯立一階線性非齊次微分方程的解653

【例題21.4 】小型湖泊中殺蟲劑及其分解產物的歸趨655

21.3 二室模型656

21.3.1 單變數線性二室模型657

21.3.2 層狀湖泊的線性二室模型658

【詳註21.7 】層狀湖泊的線性二室模型660

【例題21.5 】Greifensee湖中的四氯乙烯(PCE)：從一室模型到二室模型661

21.3.3 含有兩個或兩個以上變數的線性二室模型662

21.3.4 非線性二室模型663

21.4 高級專題：線性多維模型的動力學特徵663

21.4.1 線性n維系統和它們的特徵值663

【詳註21?8】線性系統的特徵值和特徵函式664

21.4.2 齊次系統666

21.4.3 非齊次系統666

【例題21.6 】Greifensee湖中四氯乙烯(PCE)的動力學行為666

21.4.4 從室模型到連續模型668

21.5 問題與習題669

第22章時空模型672

22.1 一維擴散/水平對流/反應模型672

22.1.1 遷移過程和高斯定理672

22.1.2 一維擴散/水平對流/反應方程674

【詳註22.1 】一維穩態擴散/對流/反應方程675

22.1.3 Peclet數和Damk?hler數676

【詳註22.2 】Damk?hler數的其他定義677

【例題22.1 】一個小型湖泊中二氯二氟甲烷(CFC?12)的垂直分布679

22.2 湍流擴散680

22.2.1 湍流交換模型681

22.2.2 Reynold分解模型681

22.2.3 垂直湍流擴散683

【例題22.2 】某湖泊中垂直湍流擴散係數685

22.3 水平擴散：二維混合688

22.3.1 湍流理論和“4/3法則”688

【詳註22.3 】湍流擴散和空間尺度689

22.3.2 剪下擴散模型690

【詳註22.4 】剪下擴散模型691

【例題22.3 】某湖泊表層下農藥阿特拉津的剪下?擴散雲692

22.4 高級專題：彌散693

22.4.1 彌散和Fick定律694

22.4.2 彌散係數695

【例題22.4 】地下水中的揮發性有機物從非飽和帶進入大氣的輸送——再議【例題19.2 】695

22.4.3 結語697

22.5 問題與習題697

第5部分環境系統和案例研究

第23章水塘、湖泊和海洋701

23.1 湖泊、水塘和海洋的線性一室模型702

【詳註23.1 】湖泊、水塘和海洋中完全混合水體的線性一室模型703

【例題23.1 】乙烯乙酸酯泄漏到某水塘中704

23.2 顆粒物和沉積物?水界面的作用705

23.2.1 溶解相和顆粒相間的分配705

23.2.2 顆粒物沉降707

23.2.3 蘇必利爾湖中的PCBs(第一部分)710

23.2.4 發生在沉積物?水界面的交換714

【詳註23.2 】沉積物?水交換模型715

23.2.5 蘇必利爾湖中的PCBs（第二部分）716

23.3 湖泊的二室模型717

23.3.1 湖泊?沉積物體系的二室模型717

【詳註23.3 】線性水?沉積物模型的解720

23.3.2 蘇必利爾湖中的PCBs（第三部分）720

23.3.3 其他二室模型722

23.4 高級專題：一維連續湖泊模型722

23.4.1 相對於反應與邊界通量的內部遷移722

23.4.2 一維垂直湖泊模型724

23.4.3 數值模型727

【詳註23.4 】一維垂直湖泊模型偏微分方程的數值近似727

23.4.4 一維垂直湖泊模型的套用728

23.5 問題與習題730

第24章河流735

24.1 河流中的遷移與反應735

24.1.1 河水水流的表征735

24.1.2 均流遷移736

【例題24.1 】不同流量下河流G的平均流速738

【詳註24.1 】河流中水平對流/反應方程的靜態求解740

24.1.3 均流與大氣?水交換741

【例題24.2 】河流G中的大氣?水交換742

24.1.4 從反應時間到反應距離744

24.1.5 沉積物?水的相互作用745

【例題24.3 】河流G中的阿特拉津泄漏746

【詳註24.2 】沙質沉積物中的沉積物?水交換747

24.2 河流中的湍流混合與彌散748

24.2.1 湍流引起的垂直混合748

24.2.2 湍流引起的側向混合749

24.2.3 彌散引起的縱向混合749

【例題24.4 】河流G中的湍流擴散和縱向彌散751

24.2.4 縱向彌散引起的污染團稀釋752

【例題24.5 】河流G中的阿特拉津泄漏：彌散的影響754

24.3 河流的線性遷移/反應模型755

24.3.1 總負荷與最大濃度的削減：考慮所有過程755

24.3.2 個例研究一——密西西比河中的氯仿污染757

24.3.3 個例研究二——倉庫失火造成的萊茵河化學物質污染759

24.4 問題與習題764

第25章地下水768

25.1 地下水水力學768

25.1.1 物理性質768

25.1.2 地下水系統S770

25.1.3 均流遷移與Darcy定律771

25.1.4 縱向彌散773

25.1.5 平流與彌散774

【例題25.1 】Darcy定律在地下水系統S中的套用775

【例題25.2 】地下水系統S中的彌散與平流776

25.2 高級專題：含水層中污染物輸入與時間的關係777

25.2.1 瞬時輸入778

25.2.2 階躍式輸入779

25.2.3 周期式輸入780

【例題25.3 】污染的河水滲入地下水系統S782

【例題25.4 】河流R中2，4?二硝基苯酚濃度的突然升高(1)783

【例題25.5 】河流R中2，4?二硝基苯酚濃度的突然升高(2)783

25.3 吸附與轉化784

25.3.1 高級專題：吸附的效應784

25.3.2 轉化過程的影響786

25.3.3 膠體在污染物遷移中的作用787

25.3.4 模型與實際套用787

【例題25.6 】四氯乙烯在地下水系統S中的遷移788

【例題25.7 】苄氯滲入地下水系統S789

25.4 問題與習題790

附錄795

附錄A數學公式795

A.1 常態分配795

A.2 誤差函式和補余誤差函式795

附錄B物理常數和單位797

B.1 一些有用的常數797

B.2 物理量的量綱和單位798

B.3 水的特殊性質與溫度的關係798

B.4 溶質的水相Schmidt數800

B.5 乾氣體的特殊性質800

附錄C有機化合物的物理化學性質800

附錄D平衡常數和速度常數與溫度的關係810

D.1 平衡常數和速度常數與溫度的關係各自作為相應焓變和活化能的函式810

D.2 水的離子積與溫度的關係810

附錄E地球性質811

E.1 地球性質811

E.2 地球上水的儲量和流量811

參考文獻812

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