《Journal of Hazardous Materials Advances》：Integrating Toxicological Intelligence into Global E-waste Governance: From Material Recovery to Health-protective Circularity
电气与电子设备（EEE)的迅速增长与废弃已使电子废弃物(e-waste)处于环境污染、公共卫生风险与循环经济政策的交汇点。本综述综合全球范围内关于环境污染与生物监测数据的证据，以考察电子废弃物影响生态系统中的化学暴露如何转化为人类与生态健康风险。研究人员识别了跨环境介质的主要污染物谱，揭示了暴露负担的空间差异性，并评估了其与不良生物学结局的关联。尽管循环经济策略日益被推广以应对物质回收与资源效率问题，当前电子废弃物管理范式中仍存在持续的毒理学盲点。回收技术很少被评估其产生二次排放、转化产物或 regrettable substitution（ regrettable substitution）的潜力。因此，向真正可持续循环性的转变需要将危害识别、暴露科学与基于生命周期的风险评估系统性地整合入创新与政策框架中。为此，安全且可持续设计(safe-and-sustainable-by-design, SSbD)方法与新 approach 方法学(new approach methodologies, NAMs)在循环电子废弃物系统中进行预测性化学安全评估的适用性与局限性被批判性审视。亟需建立协调一致的毒理学参考值，以防止有害物质在二次物质流中的再循环。未来向毒理学知情循环性的进展取决于将循环经济政策从以资源效率为主的范式重新界定为以健康为中心的系统方法。在电气与电子设备价值链与电子废弃物生命周期中嵌入结构化的、基于危害信息的评估，有助于缓解长期的人类与生态风险，同时支持与环境完整性和全球正义相一致的创新。
1.0. 引言
全球电子废弃物(e-waste)的产生量在过去十年间急剧增加，从2010年的340亿kg上升至2022年的620亿kg，预计2030年将达到820亿kg。同期，市场投放的电气与电子设备(EEE)从620亿kg扩展至960亿kg，预计2030年将达到1200亿kg。尽管正规收集与回收量从2010年的80亿kg改善至2022年的140亿kg，但相对于加速增长的废弃产品，这些进展仍显不足。产品寿命缩短、可修复性有限、技术快速迭代以及诸多地区回收基础设施不足，持续扩大电子废弃物产生与环境无害管理之间的差距。这种失衡造成了日益严峻的全球挑战，尤其在非正规回收占主导的地区，而这种现象源于经济必要性与监管执法有限。非正规回收活动包括手工拆解、露天焚烧与酸浸，虽有利于铜、金等贵重金属的回收，但同时造成广泛的化学污染。因此，亚洲和非洲部分主要非正规回收中心已成为显著的污染热点。虽然欧洲和北美运营更正规的回收系统，减少了无控制排放，但在室内灰尘、废水流和职业环境中仍可检测到持久性污染物。此外，以二手商品名义出口的废旧电子产品跨境流动，持续将环境和健康负担转移至低收入地区。
电子废弃物的一个决定性特征是其化学与物质复杂性。现代EEE整合了包括金属、聚合物、玻璃、陶瓷及多种功能添加剂在内的广泛物质。许多在常规使用条件下被认为无害的组分，可能在机械、热或化学处理过程中充当有害添加剂的载体或产生有毒转化产物。循环经济话语中一个持续的盲点是，假设EEE中被认定为无害的材料在其整个生命周期中保持良性。实际上，危害可能是过程诱导的而非组成上固有的。例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)在电子外壳中广泛使用，通常被认为是使用阶段的稳定工程聚合物；但在回收场所常见的露天焚烧或不受控热回收实践中，ABS可降解释放氰化氢(HCN)及其他剧毒燃烧产物。同样，聚氯乙烯(PVC)在电缆绝缘中广泛应用，在其完整聚合物基质中不被归类为有害物质；但在低温或不完全燃烧过程中，它可作为多氯代二苯并-对-二噁英及呋喃(PCDD/F)的前体，而这些化合物具有明确致癌性和内分泌干扰特性。因此，多组分混合物而非单一物质主导了最终的暴露情景。然而， prevailing 风险评估框架仍主要为化学特异性的，主要依赖单一物质测试范式，无法充分捕捉累积性、交互性及转化驱动效应，导致对电子废弃物回收操作及二次物质流相关的健康和生态风险的潜在低估。
尽管拥有活跃的科学界和日益增长的政策关注，创新回收技术向大规模工业部署的转化仍然有限。虽然下一代回收技术常被推广为可持续电子废弃物管理的核心，当前创新轨迹主要受物质回收驱动。进展集中在提高回收效率、金属选择性和工艺优化，而相对较少关注将毒理学评估系统整合入工艺设计。因此，关于工艺相关排放、降解产物和长期混合效应的不确定性，限制了监管信心和回收技术的负责任规模化。虽然当前电子废弃物回收技术代表了有意义的进步，但在实现电子废弃物管理的强循环性方面仍有 substantial room，强循环性不仅定义为物质循环，还包括在整个价值链中持续保护人类和生态健康，从设计制造到末端处理。当前安全评估方法远不能应对多组分电子废弃物流的复杂性，数据缺陷阻碍了对初级污染物和回收衍生转化产物建立稳健的健康保护参考值。弥合这些差距需要毒理学、材料科学、暴露评估、生态技术与政策创新的更紧密整合。
本综述综合新兴证据，识别关键知识空白，并提出将毒理学智能嵌入电子废弃物治理的路线图。具体而言，研究从四个维度进行综合：(i) 汇编非洲、亚洲及其他地区电子废弃物影响场地的跨介质污染谱，揭示高收入国家产生电子废弃物与低收入国家处理电子废弃物之间的持久空间暴露差异；(ii) 整合生物监测数据与记录的不良结局，包括发育毒性、神经毒性、内分泌干扰、免疫毒性、遗传毒性及器官特异性效应，以表征从环境污染到人类与生态危害的转化途径；(iii) 识别当前循环经济范式中的关键毒理学盲点，因回收技术几乎未评估二次排放、转化产物或混合毒性，且监管框架在面对多组分暴露时仍保持物质特异性；以及(iv) 批判性审视如何将SSbD原则和NAMs（包括先进细胞培养模型、组学技术、微生理系统、计算毒理学和高通量筛选）操作化，以将预测性危害评估嵌入循环电子废弃物系统。研究人员提出分层评估框架，将上游材料表征、NAMs hazar 筛查、混合物导向测试和暴露知情优先级与具体决策输出（包括替代触发点、工艺遏制标准和再循环限制）相联系。
2.0. 方法
本综述采用叙述性和批判性综合方法，考察电子废弃物影响社区环境污染和生物监测证据的全球模式。目标并非进行详尽的系统综述，而是整合和批判性评估现有证据，以识别与毒理学知情循环电子废弃物管理相关的重复暴露模式、机制洞察、地理差异和关键知识空白。2009年至2025年间发表的同行评审文章被纳入电子废弃物活动相关环境污染评估，2011年至2025年间的研究被纳入生物监测证据，以捕捉生物群中的暴露数据，包括居住在电子废弃物回收场地或其附近的人类群体。最初检索约3000篇文章，最终30篇和22篇同行评审研究分别被综合。
3.0. 电子废弃物处于环境与公共卫生的十字路口
3.1. 电子废弃物环境污染的全球模式
环境电子废弃物污染遵循由生产、消费、贸易流动和废物管理能力塑造的清晰全球模式。高收入国家产生最大量的电子废弃物，但相当部分被合法或非法出口至低收入和中等收入国家(LMICs)，在这些国家非正规回收占主导。结果，环境污染在空间上集中在处理电子废弃物的地区而非产生地区。全球模式反映了环境不公正梯度：监管执法和经济替代方案有限的地区承担了不成比例的生态和健康负担。
尽管欧洲、北美等拥有更正规回收系统的地区通常显示较低的污染负担和更局部化的环境影响，但回收设施、废物处理场所和遗留工业区周围仍可能出现污染热点。区域差异主要不是由电子废弃物固有毒性驱动，而是由电子产品的收集、处理和管理所处的技术、监管和社会经济条件驱动。生物监测证据表明，非洲和亚洲电子废弃物热点地区的非正规回收工人、附近居民、孕妇和儿童体内有毒化学品浓度较高。这种差异突显了电子废弃物污染的环境正义维度：对全球电子消费贡献相对较少的社区往往承担了不成比例的环境和健康负担。
电子废弃物污染生态系统的一个决定性特征是其卓越的化学复杂性。与许多仅由有限数量污染物主导的传统工业污染情景不同，电子废弃物释放金属、持久性有机污染物、燃烧副产物、塑料添加剂、转化产物和新兴污染物的异质混合物。这种复杂性挑战了主要依赖单一物质阈值且未能考虑混合毒性、累积暴露和污染物间交互效应的传统环境质量评估框架。
3.2. 电子废弃物影响生态系统中的暴露评估和不良健康结局
3.2.1. 与电子废弃物暴露相关的生长发育效应
产前和早期生命暴露于多溴联苯醚(PBDEs)、多环芳烃(PAHs)、铅(Pb)和镉(Cd)与胎儿生长指标受损（如降低出生体重、头围、体重指数(BMI)和Apgar评分）之间存在一致的关联。特别引人注目的是胎盘Cd浓度（而非血液Cd浓度）与出生体重和身长大幅降低相关，突显胎盘作为靶器官和更相关胎儿剂量生物标志物的作用。羟基化PBDEs(OH-PBDEs)在胎儿脐带血中相对于母体血清优先积累，某些同系物如6-OH-BDE-47的胎儿/母体比值超过1，提示由对甲状腺激素运输蛋白的高亲和力驱动的主动胎盘转运机制。
3.2.2. 与电子废弃物暴露相关的神经发育效应
铅、镉(Cd)和锰(Mn)暴露与神经发育缺陷（包括认知障碍、行为异常、感觉处理困难和注意力缺陷多动障碍(ADHD)风险增加）关联的证据相对 robust，与确立的神经毒性机制一致。血液Pb≥10 μg/dL的儿童ADHD odds 超过两倍，突显这些暴露的公共卫生相关性。PBDEs通过羟基化生物激活为OH-PBDEs是放大神经发育危害的关键机制，因为OH-PBDEs比其母体同系物更强效地结合甲状腺激素受体和运输蛋白，从而破坏甲状腺激素依赖的神经元增殖、迁移、突触发生和髓鞘形成协调。
3.2.3. 电子废弃物暴露导致的内分泌干扰和激素失调
甲状腺激素稳态、性激素、应激激素和生长因子通路的破坏已在儿童、孕妇和成人中报告。PBDEs和OH-PBDEs在结构上类似于甲状腺素(T4)，已被发现与甲状腺激素运输蛋白转甲状腺素蛋白(TTR)以及甲状腺受体α和β结合，从而与内源性甲状腺激素竞争结合位点。PBDEs的羟基化代谢物可通过与碘甲状腺原氨酸脱碘酶(Dio)活性位点半胱氨酸残基的卤键相互作用抑制其活性。
3.2.4. 与电子废弃物暴露相关的免疫、炎症和血液学效应
免疫失调证据（包括改变的细胞因子谱、降低的疫苗抗体滴度、T细胞亚群偏移和自然杀伤细胞比例降低）引起对电子废弃物暴露人群感染易感性增加的关切。铅(Pb)暴露儿童对多种疫苗的免疫反应抑制从公共卫生角度尤为令人担忧。血液学发现同样 heterogeneous，一些研究报告贫血和改变的血小板指数，而其他研究则观察到红细胞计数增加。
3.2.5. 电子废弃物暴露后的遗传毒性、表观遗传修饰和氧化应激
微核频率升高、基因表达改变、全基因组DNA甲基化降低和氧化DNA损伤标志物(8-OHdG)增加的汇聚提供了支持遗传毒性和表观遗传毒性的强机制证据。氧化DNA损伤与广泛金属和有机污染物的相关性强化了氧化应激作为毒性核心通路的作用。
3.2.6. 与电子废弃物暴露相关的呼吸、心血管、肝脏和肾脏结局
儿童呼吸功能损害（包括肺功能降低和哮喘风险增加）似乎由金属暴露、颗粒物(PM
2.5)以及贫血和黏膜免疫受损等次要因素共同驱动。心血管发现（包括血管炎症、血脂异常、心率增加和应激激素激活）与慢性低度炎症和自主神经失调一致。肝脏和肾脏生物标志物一致表明与Pb、Cd和PCB暴露相关的器官应激和功能障碍。
3.2.7. 与电子废弃物暴露相关的生殖、感觉和代谢效应
电子废弃物暴露人群中还观察到精液质量降低、精子DNA损伤、听力损失、嗅觉缺陷、龋齿和葡萄糖代谢改变，进一步证明了电子废弃物毒性的系统性。PBDEs和暴露时间相关的生殖效应提示累积和可能不可逆的影响。
4.0. 循环经济(CE)与电子废弃物管理中的毒理学盲点
4.1. EEE末端处理途径
电子废弃物管理可理解为四个主要途径：正规收集和回收（最优先）、残留城市废物处置中的处置、拥有发达电子废弃物管理基础设施国家/地区正规系统外的收集回收，以及缺乏发达电子废弃物管理基础设施地区正规系统外的收集回收。后两者存在显著毒理学盲点，危险物质在无系统监测或风险评估的情况下被处理、转化或 dispers。
4.2. 回收技术风险
金属回收虽体现核心可持续性目标，但物质回收并不等同于毒理学安全。火法冶金虽广泛用于 bulk 金属回收，但释放有害排放（包括金属烟尘和酸性气体）以及形成持久性副产物。湿法冶金使用激进试剂引入额外化学负担，废液产生、试剂处理和残留污泥管理需要审慎监督以防止二次环境污染。塑料约占典型电子废弃物的10-30 wt%，电子塑料常含溴化阻燃剂(BFRs)等有害添加剂，热处理后可能释放二噁英、呋喃、PAHs和PCBs等有毒降解产物。
4.3. 绿色化学(GC)/绿色工程(GE)整合
将GC和GE原则整合入新设计系统或优化版本已证明能有效促进生态可持续性。但这些创新也引入了沿提取、加工、再利用和生命周期末端的暴露情景，若无系统危害识别、混合毒性评估和长期暴露评估，此类技术风险转移而非减少毒理学负担。
5.0. 迈向更具毒理学知情的电子废弃物管理循环性
SSbD框架代表重要概念转变，提议在材料和过程创新最早阶段嵌入安全考量，而非仅通过下游监管控制在产品进入市场后解决。然而，现有电子废弃物回收基础设施和遗留物质流最初并非在危害知情设计原则下开发，SSbD框架必须同时应对前瞻性材料创新和嵌入二次物质流中的毒理学遗产。
NAMs（包括先进细胞培养系统、组学技术、微生理模型、计算工具、read-across方法和高通量成像检测）代表将毒理学智能嵌入循环电子废弃物治理的变革性机会。实验性NAMs支持机制性危害识别和生物相关暴露评估；计算性和预测性NAMs进一步将这些洞察转化为定量暴露预测、综合风险表征和可持续性知情决策。研究人员提出分层评估框架（Tier 0至Tier 3），将上游材料表征、NAMs危害筛查、混合物导向测试和暴露知情优先级与具体决策输出相联系。
5.1. 将NAMs和SSbD转化为操作性电子废弃物风险评估
5.1.1. 先进细胞培养模型：机制锚定和可扩展性
人类来源的体外系统能够检测回收塑料、灰尘、浸出液和排放物的复杂提取物，特别适用于检测与内分泌干扰、氧化应激、神经毒性和遗传毒性相关的通路水平扰动。AOP框架与体外数据的整合尤为重要，提供在监管语境中解释基于细胞发现的结构化基础。
5.1.2. 组学技术：机制深度和监管挑战
组学方法通过映射复杂混合物诱导的转录组学、蛋白质组学和代谢组学扰动来深化机制洞察，可揭示先于明显毒性的早期生物学特征。QBAR模型从高通量转录组学和蛋白质组学数据构建，在预测体内毒性终点方面优于传统QSAR模型。
5.1.3. 微生理系统和器官芯片技术
器官芯片系统通过复制器官水平微环境和动态暴露条件提供增强的生理学真实性，特别适合模拟颗粒物结合污染物的吸入暴露、回收聚合物的皮肤接触或浸出添加剂的肝脏代谢。人诱导多能干细胞衍生的迷你脑类器官已用于检验神经毒性。
5.1.4. 计算毒理学、QSAR、PBPK建模和read-across
QSAR模型、机器学习算法和生理动力学(PBPK)模型支持危害预测、暴露估计和内剂量建模。PBPK建模对体外到体内外推(IVIVE)尤为宝贵。read-across策略允许对结构相似化合物进行毒性推断，促进缺乏经验数据时的优先级排序。
5.1.5. 高通量筛选和先进成像技术
高通量筛选(HTS)和先进成像技术通过实现快速多参数生物学反应评估，弥合经验测试和计算预测之间的差距。应用于电子废弃物衍生提取物时，这些方法可生成为基于风险的物质分类和工艺优化提供信息的比较毒性谱。
5.2. 用于预测性电子废弃物风险评估和循环性的数字智能技术
数字技术、人工智能(AI)、机器学习(ML)、大数据分析和计算建模正在改变环境和人类健康风险评估及循环经济实施。特别 promising 的应用是混合物毒性预测：ML算法、QSAR模型、网络毒理学方法和AI辅助危害预测平台可促进基于预测生物活性、持久性、生物累积潜力和毒性的化学品和混合物优先级。地理信息系统(GIS)、遥感平台、环境传感器网络和空间建模方法可改善对污染物传输途径、热点形成和暴露分布模式的理解。智能早期预警系统整合实时环境监测网络与AI驱动分析，可能促进异常污染物排放、生态干扰或新兴暴露情景的快速检测。数字产品护照、区块链赋能跟踪系统和智能库存平台可提供整个电子价值链中材料组成、有害物质含量、产品寿命、可修复性和回收潜力的信息。
6.0. 循环电子废弃物管理中的治理和全球公平考量
6.1. 国际框架
当前电子废弃物全球治理安排反映了部门碎片化而非综合监管。《巴塞尔公约》是主要国际法律工具，但主要关注跨境流动和处置，而非直接监管化学成分、危害减少或回收实践。欧盟REACH法规管理化学安全评估，而WEEE指令和RoHS指令分别处理生命周期末端管理和物质限制，安全评估在化学监管中 siloed，未系统传达给废物管理者或回收者。
EPR计划是广泛采用的政策工具，但大多数立法关注收集和回收，而减少电子废弃物的维修和再利用法规仅限于少数实验。优化收集率而不解决回收材料化学成分的EPR计划可能认可循环loop有害物质，这是循环经济健康保护愿望的根本矛盾。
6.2. 电子废弃物治理中的全球南北差距
全球公平考量是任何电子废弃物治理批判性评估的核心。发达国家具备执行正规回收标准、监测排放和要求生产者责任的机构能力，但大量产生的电子废弃物被出口，常以非法和非正规方式在低收入地区处理。每年非法贩运和倾倒有毒电子废物估计达100-120亿美元。加纳Agbogbloshie等非正规回收中心在最小控制下运营，导致标准安全评估难以捕捉的广泛暴露。这种政策不平衡结构性嵌入全球电子废弃物政治经济：有效治理的国家产生大部分电子废弃物，但将处置的健康负担出口给监管能力有限的国家。
6.3. 面向循环电子废弃物管理的分层差异化治理路径
全球电子废弃物产生和回收的性质需要承认各国经济发展、技术能力、监管成熟度和废物管理基础设施显著差异的治理方法。高收入国家政策优先事项应聚焦于通过SSbD原则实施、强制化学透明度要求、数字产品护照、EPR计划和改进的二次物质流可追溯性来加强上游预防措施。中等收入国家应优先发展正规回收基础设施、协调环境标准、加强职业健康保护和扩大环境监测能力。低收入国家应聚焦于回收活动的渐进式正规化、保护弱势工人和社区、防止不受控的露天焚烧和酸浸实践，以及扩大基本环境监测系统。
6.4. 创新、标准和政策发展的未来优先事项
未来努力应超越传统污染监测和物质特异性监管，转向更能应对现代电子废弃物流复杂性的预测性、系统性方法。技术层面需要更大投资预测毒理学、AI辅助风险评估、高通量筛选平台、环境传感器网络、数字产品护照和先进材料跟踪系统。工业层面应优先发展化学品透明度、可回收性评估、二次材料质量和回收操作环境性能的国际协调标准。政策框架应越来越多地将混合毒性、累积暴露、生命周期影响和生态系统水平指标纳入环境决策。国际合作仍然至关重要，加强现有公约实施、改善跨境问责机制、增强技术转让和公平获取分析基础设施对于减少全球电子废弃物管理能力差异至关重要。
