【专家视角】清华大学深圳国际研究生院林楠团队ES&T｜综述：新污染物1,4-二噁烷的全球排放、污染与监管差异

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（来源：生态修复网）

第一作者：林楠

通讯作者：林楠

通讯单位：清华大学深圳国际研究生院

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c05147

图文摘要

成果简介

近日，清华大学深圳国际研究生院环境与生态研究院林楠团队在知名期刊Environmental Science & Technology发表了题为“State of the science on 1,4-dioxane: Emission sources, global contamination, and regulatory disparities”的综述论文。论文系统整合多介质监测、产业统计与市场数据，首次提出全球尺度的1,4-二噁烷排放量估算框架，厘清排放结构已由20世纪的有意生产（作为氯化溶剂的稳定剂）转向当下以聚酯材料（PET）制造与表面活性剂合成的工艺副产物为主、生活面源排放同步上升的新态势，并揭示了“历史遗留污染+当代新兴污染”并存的时空赋存格局。研究进一步比较了主要的风险评估方法与饮水标准差异，提出“排放-环境-监管”的协同分析框架与以源头控制优先的治理思路，为流域管控与饮用水安全决策提供了可操作的证据基础。

引言

近年来，全球公共健康面临新污染物带来的系统性挑战。由于隐蔽性、持久性与潜在健康危害，新污染物已被联合国环境规划署、世界卫生组织等机构列为环境治理重点。1,4-二噁烷作为典型代表，具有高水溶性、难降解、潜在致癌性等特征，既存在于工业链条，也渗透日常消费品与生活污水系统，正快速演变为全球环境风险的前沿议题。历史上，它主要作为氯化溶剂稳定剂生产和使用，排放与污染集中在欧美日等传统工业国家；近年来，则作为PET与表面活性剂生产的副产物而导致无意排放激增，并在地表水与饮用水中频繁检出，形成长期、低剂量暴露的公共健康隐患。与其环境暴露现状不相匹配的是：全球范围内缺乏系统的排放清单与长期赋存追踪，风险评估与监管标准差异显著，加剧了跨区域环境治理与健康风险管控的不确定性。基于此，本综述以跨学科证据整合为核心，构建排放-污染-监管的协同分析框架，对1,4-二噁烷的全球排放来源、时空分布与监管分歧进行系统梳理与量化评估，力图为源头减排、产品限量、重点流域监测与标准制定提供科学支撑。

图文导读

全球排放格局与源头转型

文章首先展示了1,4-二噁烷的全球排放估算框架及核心结论：20世纪末（约2000年）工业排放合计为645–1522吨，主要来自美、欧、日等历史生产国；而至2023年，全球工业排放增至3868吨，排放源由“稳定剂的刻意生产/使用”转变为“PET聚酯与乙氧基化表面活性剂产业链的副产物”主导，并且主要集中于亚洲等快速发展中国家和地区。同时，过去被忽视的生活源首次被量化，2023年估算为711–832吨，来自含乙氧基化表面活性剂的日化产品日常使用与排放；三条独立思路（原料残留×市场量、成品含量×使用频次、生活污水浓度反推人均排放）给出了相互印证的量级。综合工业与生活两端，2023年全球总排放约4589–4700吨，体现出总量显著上升、主导地区转移与源型结构多元的态势。

图1 1,4二噁烷的全球排放估算框架。

PET产业驱动的工业排放时空格局

1,4-二噁烷的工业源排放在21世纪主要由PET纤维产业长期、持续驱动。本文以政府统计与产量数据为底座，结合行业排水浓度与工艺排放系数，构建自下而上的工业端估算框架，并用年度PET纤维产量的时序变化解释近几十年的排放抬升。结果表明，1,4-二噁烷单位产量排放强度达50吨/百万吨PET，据此推得全球工业排放由1975年168吨增至2023年3555吨；若PET产业污水普遍达标处理，2023年可降至约498吨（图 2a）。空间上，2013年亚洲占比约93%（图 2b）；中国在2010–2013年贡献了全球PET纤维产量的66.3–71.6%，据此保守估算，中国来自PET生产的1,4-二噁烷排放由2010年1206吨增至2023年2488吨。美国方面，有害物质排放清单（Toxics Release Inventory，TRI）提供了其境内1,4-二噁烷工业排放的长期记录（图 2c）；与产量占比（近年约~3%）相结合，PET生产导致的1,4-二噁烷排放在2014年与2015年的直接报告分别约138吨和170吨。综合以上证据，21世纪全球最大贡献区转向亚洲的结论清晰成立，而该迁移主要由PET产业驱动。

图2（a）1975–2023年全球聚酯（PET）纤维生产环节的1,4-二噁烷工业排放量估算；（b）2013年各大洲PET纤维生产导致的1,4-二噁烷工业排放量估算；（c）美国有毒物质排放清单（TRI）报告的美国境内1,4-二噁烷工业排放总量。

全球污染的空间分布特征

在前述源端证据基础上，进一步将分析重心由“排放”转向“环境赋存”，以统一的方法学口径比较历史生产国与新兴工业区在饮用水、地表水和非污染场地地下水三类介质中的浓度分布（图3）。一，饮用水呈现显著的洲际梯度：亚洲最高、欧洲居中、北美最低。以0.35 μg/L为风险参照阈值，美国UCMR3报告约21%的样品检出、6.9%超标（最低报告限0.07 μg/L）；而中国的全国性监测显示阳性率≈80%，>0.35 μg/L的比例约30%，提示当代工业工艺副产与生活面源已更直接外显于供水端。二，地表水的区域对比显示，历史生产国的中位数约0.25 μg/L，高于非历史生产国的0.08 μg/L；但在亚洲典型工业走廊与超大城市群，有较高的1,4-二噁烷含量，以黄浦江（2018–2019）为例，检出率已达100%，中位数和最高值分别达1.66 μg/L和8.31 μg/L，体现当前排放对地表水的突出影响。三，非污染场地地下水更能记录长期累积：历史生产国受遗留污染以及1,4-二噁烷持久性影响，中位数多处于0.23–0.35 μg/L区。总体而言，地下水作为“慢变量”反映历史负荷及缓慢修复趋势，而地表水与饮用水作为“快变量”更敏感地响应当代输入；这一“慢-快”分化与图2所揭示的源端转移与面源升权相互印证，确保跨区域比较可主要归因于真实排放与环境输入。

图3 不同区域水环境中1,4-二噁烷浓度的箱线图，包括饮用水、地表水和地下水（USA：美国；SK：韩国；UK：英国）。

时序变化趋势：总体稳定中，部分区域显著上升

近年来，随着检测技术灵敏度的显著提升，全球范围内关于1,4-二噁烷在饮用水、地表水和地下水中的长期监测数据逐渐积累，为揭示其时序变化提供了更可靠的证据。如图4显示，饮用水在多个地区呈上升或高位稳定趋势，欧洲最为典型：西班牙中位浓度由2015年的1.27 μg/L激增至2016–2019年的34.3 μg/L；德国则由2012–2015年的0.15 μg/L升至2016–2018年的0.485 μg/L。美国饮用水的检出频率在2013–2015与2018–2020年间大致相当，但最高值显著下降，从22.9 μg/L降至0.13 μg/L。在地表水中，日本在2000年前后出现明显下降，与含氯溶剂逐步淘汰相吻合，而美国与德国在2010年后整体保持平稳。对于地下水（非污染场地），多数地区呈下降或持平态势：德国的中位浓度由2012年的0.96 μg/L降至2020–2021年的0.05 μg/L；西班牙在2015–2017年维持在6.2–6.3 μg/L；加州饮用目的地下水在2013–2019年两期均为0.35 μg/L。整体而言，这些趋势揭示了历史遗留源逐渐消减与当代输入不断显现的交织格局。

图4 全球水环境中1,4-二噁烷浓度的时间动态变化（USA：美国；Non-HPC：非历史生产国）。

饮用水限值的跨国差异与风险基准

在全球饮用水管理中，1,4-二噁烷的限值设定存在显著分歧，反映出不同国家和机构在风险评估范式与科学证据解读上的差异。相关表格对比了主要管制机构的标准及其方法学依据：WHO、加拿大、日本、韩国与新西兰均采用50 μg/L的建议阈值；相比之下，美国采取更为审慎的风险导向路径，综合风险信息管理系统（IRIS）基于10-6致癌风险推导出0.35 μg/L的参考值，美国EPA的区域筛选值则为0.46 μg/L；而德国环境署则给出了5 μg/L的中间值。造成这一数量级差异的根源在于对致癌作用机制（MOA）的不同判定及不确定性处理的差异：WHO 基于细胞毒性导致再生性增殖的阈值假说，采用哺乳动物实验得到的无毒性反应浓度（NOAEL），推导人体可耐受日均摄入量（TDI），最终结合暴露参数如饮用水摄入比例，得到相对宽松的限值；而美国EPA则认为1,4-二噁烷可能具有致突变性，采用无阈值的定量致癌风险（以10-6癌症风险为可接受值）外推方法，从而得出远低于WHO的饮用水浓度阈值。这一对比凸显了国际间监管体系在健康保护目标与科学假设选择上的根本差异，也为未来趋同或分级管理提供了重要参考。

表1 全球范围内关于饮用水中 1,4-二噁烷的法规与指导值。

小结

本综述首次在全球尺度上系统量化了1,4-二噁烷的全球排放强度，揭示了当前排放的快速增长以及由传统生产国向新兴发展地区转移的时空态势，并指出了生活面源这一以往被忽视的“隐形”排放源。针对环境赋存特征，本综述明确了其污染格局的双重驱动：一方面，历史生产国的地下水长期承受遗留负荷；另一方面，新兴工业区的地表水与饮用水中已呈现快速升高趋势，凸显“工业源转移与生活源升权”的结构性转变。同时，跨国管控政策的对比揭示了饮用水限值从0.35 μg/L（美国IRIS）到50 μg/L（WHO等）的数量级差异，折射出不同MOA假设与风险外推路径的分歧。在此基础上，文章提出未来研究与政策的关键方向：

（1）排放透明化：需建立覆盖工业和生活源的全面、透明的排放报告体系。政府、企业与科研机构应合作制定统一的报告规范，并保持排放清单的定期更新。

（2）长期监测框架：构建覆盖空气、水体和土壤的监测网络，特别是服务于PET与乙氧基化生产设施的污水处理厂（WWTPs）应建立常规监测项目。采样与分析方法应标准化，以确保跨区域、跨研究的可比性。

（3）检测技术创新：在现有GC-MS/MS高灵敏度的基础上，应推动研发快速、现场可用的检测技术，以缩短分析时间并减少复杂前处理的需求。

（4）健康效应研究：亟需将环境监测数据与生物监测和流行病学研究相结合，重点关注低剂量、长期暴露的健康风险和作用机制，以降低风险评估中的不确定性。

（5）统一监管框架：面对各国饮用水标准差异，应建立科学统一的评估体系，整合多途径暴露（如吸入、摄入）以厘清主要暴露路径及其相对贡献，从而推动国际间监管趋同。

总体而言，该综述为理解1,4-二噁烷的全球排放格局、时空迁移与监管差异提供了系统证据，亦为新污染物治理、健康风险评估与国际标准协调提供了可操作的政策参考。

作者介绍

第一作者兼通讯作者：林楠，博士，清华大学深圳国际研究生院特别研究员、博士生导师。主要从事污染物人体暴露过程与效应研究，致力于阐明污染物在多介质环境中向人体迁移、转化与累积的机制，及其对健康风险和环境负担的影响，以开发基于多途径暴露的环境监测与风险预警体系。以第一或通讯作者在EHP、ES&T等期刊上发表论文20余篇，H指数为26。主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年（C类）项目、国家重点研发计划子课题、美国疾控中心NIOSH研究培训计划试点项目等国内外科研项目6项。担任中国环境科学学会POPs专委会委员、国际环境与健康科学联盟（IEHSC）中国区代表、国际人类暴露组学研究网络（IHEN）全球推广大使以及多个国内外期刊（青年）编委和审稿人。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c05147

转自：生态环境科学

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