Hierarchie nakládání s odpady Obrázek znázorňuje hierarchii nakládání s odpady v pořadí podle preferencí, počínaje prevencí jako nejvýhodnější až po odstraňování jako nejméně výhodnou možnost. Zdroj: MŽP ČR:

Předcházení vzniku odpadů

Ideální alternativou nakládání s odpady je v první řadě předcházení jejich vzniku. Proto je předcházení vzniku odpadů základním cílem všech strategií nakládání s odpady. K eliminaci odpadů a následně ke snížení nebo prevenci znečištění lze využít řadu technologií v průběhu výrobních, uživatelských nebo postuživatelských částí životního cyklu výrobku. K některým reprezentativním strategiím patří ekologicky ohleduplné výrobní metody, které zahrnují méně nebezpečné nebo škodlivé materiály, používání moderních systémů detekce úniků při skladování materiálů, inovativní chemické neutralizační techniky pro snížení reaktivity nebo technologie pro úsporu vody, které snižují potřebu přísunu čerstvé vody.

Minimalizace odpadů

V mnoha případech nelze odpady z různých procesů zcela odstranit. Lze však zavést řadu strategií ke snížení nebo minimalizaci vzniku odpadů. Minimalizace odpadů neboli redukce zdrojů se týká kolektivních strategií návrhu a výroby produktů nebo služeb, které minimalizují množství vznikajících odpadů a/nebo snižují toxicitu vznikajících odpadů. Tyto snahy často vycházejí z identifikovaných trendů nebo konkrétních výrobků, které mohou způsobovat problémy v toku odpadů, a následných kroků přijatých k zastavení těchto problémů. V průmyslu lze odpad snížit opětovným použitím materiálů, použitím méně nebezpečných náhradních materiálů nebo úpravou konstrukčních a zpracovatelských prvků. Minimalizací odpadů nebo snižováním jejich zdrojů lze dosáhnout mnoha výhod, včetně menšího využívání přírodních zdrojů a snížení toxicity odpadů.

Strategie minimalizace odpadů jsou ve výrobních aplikacích velmi časté; úspory při používání materiálů šetří zdroje, ale také značné náklady spojené s výrobou. Pokroky v oblasti zjednodušeného balení snižují spotřebu materiálu, zvýšená účinnost distribuce snižuje spotřebu paliva a z toho plynoucí emise do ovzduší. Dále mohou být technické stavební materiály často navrženy se specifickými příznivými vlastnostmi, které při zohlednění v celkovém konstrukčním návrhu mohou výrazně snížit celkovou hmotnost a hmotnost materiálu potřebného pro danou konstrukci. Tím se snižuje potřeba nadbytečného materiálu a snižuje se množství odpadu spojeného s výrobou součástí.

Výborným příkladem náhrady výrobků za účelem snížení produkce toxického odpadu je průmysl chemického čištění. Čistírny po desetiletí používaly jako rozpouštědlo pro chemické čištění tetrachlorethylen neboli „perc“. Ačkoli je tetrachlorethylen účinný, jedná se o poměrně toxickou sloučeninu. Navíc se snadno dostává do životního prostředí, kde je díky svým fyzikálním vlastnostem vysoce rekalcitabilní. Navíc při jeho rozkladu vznikají dceřiné meziprodukty, které jsou pro lidské zdraví a životní prostředí toxičtější.

Vzhledem k jeho toxicitě a dopadu na životní prostředí přijal průmysl chemického čištění nové postupy a stále více používá méně toxické náhradní produkty, včetně sloučenin na bázi ropy. Dále nové vznikající technologie zahrnují oxid uhličitý a další relativně neškodné sloučeniny. Ačkoli tyto náhradní produkty byly v mnoha případech nařízeny vládními předpisy, byly také přijaty v reakci na požadavky spotřebitelů a další tržní síly.

Recyklace a opětovné použití

Recyklací se rozumí získávání užitečných materiálů, jako je sklo, papír, plasty, dřevo a kovy, z toku odpadů, aby mohly být použity při výrobě nových výrobků. S větším začleněním recyklovaných materiálů se snižuje potřebné použití surovin pro identické aplikace. Recyklace snižuje potřebu využívání přírodních zdrojů pro suroviny, ale také umožňuje, aby byly odpadní materiály obnoveny a využity jako cenné suroviny. Recyklace odpadů přímo šetří přírodní zdroje, snižuje spotřebu energie a emise vznikající při těžbě primárních materiálů a jejich následné výrobě do hotových výrobků, snižuje celkovou spotřebu energie a emise skleníkových plynů, které přispívají ke globální změně klimatu, a omezuje spalování nebo skládkování recyklovaných materiálů. Recyklace navíc vytváří několik ekonomických přínosů, včetně potenciálu pro vytváření pracovních trhů a podporu růstu.

Mezi běžné recyklované materiály patří papír, plasty, sklo, hliník, ocel a dřevo. Kromě toho lze znovu použít mnoho stavebních materiálů, včetně betonu, asfaltových materiálů, zdiva a armovací oceli. „Zelené“ odpady rostlinného původu se často obnovují a okamžitě znovu používají pro mulčování nebo hnojení. Mnoho průmyslových odvětví také získává různé vedlejší produkty a/nebo rafinuje a „znovu vyrábí“ rozpouštědla pro opětovné použití. Příkladem je získávání mědi a niklu z procesů povrchové úpravy kovů, získávání olejů, tuků a změkčovadel extrakcí rozpouštědlem z filtračních médií, jako je aktivní uhlí a jíly, a získávání kyselin pražením rozprašováním, iontovou výměnou nebo krystalizací. Dále se získává řada použitých potravinářských olejů, které se využívají v aplikacích „bionafty“.

S četnými příklady úspěšných snah o recyklaci a opětovné využití se setkáváme každý den. V některých případech se recyklované materiály používají jako vstupní materiály a jsou intenzivně zpracovávány na konečné výrobky. Mezi běžné příklady patří využití starého papíru pro výrobu nového papíru nebo zpracování starých hliníkových plechovek na nové hliníkové výrobky. V jiných případech procházejí regenerované materiály před svým opětovným použitím malým nebo žádným zpracováním.

Mezi běžné příklady patří použití odpadu ze stromů jako dřevní štěpky nebo použití cihel a jiných armatur do nových stavebních konstrukcí. V každém případě úspěch recyklace závisí na účinném sběru a zpracování recyklovatelných materiálů, na trzích pro opětovné použití (např. výroba a/nebo aplikace využívající recyklované materiály) a na veřejném přijetí a propagaci recyklovaných výrobků a aplikací využívajících recyklované materiály.

Biologická úprava

V mnoha zemích včetně Spojených států se stále více nedoporučuje skládkování odpadů obsahujících významné organické frakce. V několika evropských zemích je takový způsob odstraňování dokonce zakázán. Vzhledem k tomu, že skládkování nepředstavuje atraktivní možnost nakládání s odpady, byly identifikovány jiné techniky. Jednou z možností je zpracovat odpad tak, aby došlo k rozkladu biologicky rozložitelných materiálů a zbývající anorganická frakce odpadu (tzv. zbytky) mohla být následně odstraněna nebo využita k prospěšnému účelu.

Biodegradace odpadů lze dosáhnout pomocí aerobního kompostování, anaerobní digesce nebo metod mechanicko-biologické úpravy (MBT). Pokud lze oddělit organickou frakci od anorganického materiálu, lze k rozkladu odpadu a jeho přeměně na použitelný kompost použít aerobní kompostování nebo anaerobní rozklad. Například organické odpady, jako je potravinový odpad, odpad ze zahrad a zvířecí hnůj, které se skládají z přirozeně se rozkládajících bakterií, lze za kontrolovaných podmínek přeměnit na kompost, který lze poté využít jako přírodní hnojivo. Aerobní kompostování se provádí umístěním vybraných podílů organického odpadu do hromad, řad nebo nádob, a to buď v otevřených podmínkách, nebo v uzavřených budovách vybavených systémy pro sběr a úpravu plynů. Během procesu se do odpadního materiálu přidávají kypřící látky, jako je dřevní štěpka, aby se posílil aerobní rozklad organických materiálů. Nakonec se materiál nechá stabilizovat a dozrát během procesu vytvrzování, při kterém se současně ničí patogeny. Konečnými produkty procesu kompostování jsou oxid uhličitý, voda a použitelný kompostový materiál.

Kompostový materiál lze použít v různých aplikacích. Kromě jeho použití jako půdního doplňku pro pěstování rostlin lze kompost použít k sanaci půdy, podzemních vod a dešťových vod. Kompostování může být pracné a kvalita kompostu je do značné míry závislá na správné kontrole kompostovacího procesu. Nedostatečná kontrola provozních podmínek může mít za následek vznik kompostu, který není vhodný pro užitečné použití. Přesto je kompostování stále populárnější; v roce 2009 bylo kompostováním odkloněno 82 milionů tun odpadního materiálu ze skládek, což je nárůst z 15 milionů tun v roce 1980. Tento odklon také v roce 2009 zabránil uvolnění přibližně 178 milionů tun oxidu uhličitého – množství odpovídající ročním emisím oxidu uhličitého z 33 milionů automobilů.

V některých případech nejsou aerobní procesy proveditelné. Jako alternativu lze využít anaerobní procesy. Anaerobní rozklad spočívá v rozkladu směsných nebo tříděných organických odpadů v nádobách za anaerobních podmínek. Při anaerobním rozkladu vzniká kombinace metanu a oxidu uhličitého (bioplyn) a zbytků (biosložky). Bioplyn lze využít k vytápění a výrobě elektřiny, zatímco zbytky lze použít jako hnojiva a půdní přídavky. Anaerobní digesce je upřednostňovaným způsobem rozkladu mokrých odpadů ve srovnání s kompostováním suchých odpadů. Výhodou anaerobní digesce je sběr bioplynu; tento sběr a následné prospěšné využití z ní činí preferovanou alternativu k ukládání odpadů na skládky. Také rozklad odpadu anaerobní digescí probíhá rychleji ve srovnání se skládkováním.

Další alternativa zpracování odpadu, mechanicko-biologická úprava (MBÚ), není ve Spojených státech běžná. V Evropě je však tato alternativa hojně využívána. Při provádění této metody je odpadní materiál podroben kombinaci mechanických a biologických operací, které snižují objem rozkladem organických frakcí v odpadu. Mechanické operace, jako je třídění, drcení a drcení, připravují odpad na následné biologické zpracování, které spočívá buď v aerobním kompostování, nebo v anaerobním rozkladu. Po biologických procesech může být redukovaná hmota odpadu podrobena spalování.

Spalování

Rozkladem odpadu nevznikají pouze užitečné pevné konečné produkty (např. kompost), vedlejší produkty rozkladu lze také využít jako výhodný zdroj energie. Jak bylo uvedeno výše, anaerobní rozklad odpadu může vytvářet bioplyn, který lze zachytit a zapojit do výroby elektřiny. Alternativně lze odpad přímo spalovat za účelem výroby energie. Spalování spočívá ve spalování odpadu při velmi vysokých teplotách za účelem výroby elektrické energie. Vedlejším produktem spalování je popel, který je třeba před odstraněním nebo v některých případech prospěšným opětovným využitím řádně charakterizovat. Je hojně využíváno ve vyspělých zemích z důvodu omezeného prostoru pro skládky. Odhaduje se, že ve více než 600 zařízeních ve 35 zemích se ročně spálí přibližně 130 milionů tun odpadu. Dále se spalování často používá k účinnému zmírnění nebezpečných odpadů, jako jsou chlorované uhlovodíky, oleje, rozpouštědla, zdravotnický odpad a pesticidy.

I přes výhody je spalování často vnímáno negativně kvůli vysokým počátečním nákladům na výstavbu a emisím popela, který je toxický (viz tabulka výše). V současné době se zkoumá a vyvíjí mnoho systémů „nové generace“ a USEPA vyvíjí nové předpisy pro pečlivé monitorování emisí ze spaloven do ovzduší podle zákona o čistotě ovzduší.

Ukládání na skládky

Přes pokroky v oblasti opětovného využití a recyklace zůstává ve Spojených státech skládkování hlavním způsobem odstraňování odpadu. Jak již bylo uvedeno, míra produkce tuhého komunálního odpadu se stále zvyšuje, ale celková kapacita skládek se snižuje. Nové předpisy týkající se správného ukládání odpadů a používání inovativních liniových systémů k minimalizaci potenciální kontaminace podzemních vod v důsledku infiltrace a migrace výluhů vedly k podstatnému zvýšení nákladů na skládkování. Také odpor veřejnosti vůči skládkám stále roste, částečně inspirovaný vzpomínkami na historické nekontrolované praktiky skládkování, z nichž vyplývají nežádoucí vedlejší účinky v podobě nekontrolovaných vektorů, kontaminovaných podzemních vod, neutišeného zápachu a následného snížení hodnoty nemovitostí.

Obrázek 1: Moderní skládka

Skládky mohou být navrženy a povoleny k přijímání nebezpečných odpadů v souladu s předpisy RCRA podtitul C, nebo mohou být navrženy a povoleny k přijímání tuhých komunálních odpadů v souladu s předpisy RCRA podtitul D. Bez ohledu na určení odpadu jsou skládky inženýrskými stavbami sestávajícími ze systémů spodního a bočního obložení, systémů sběru a odstraňování výluhů, systémů konečného zakrytí, systémů sběru a odstraňování plynů a systémů monitorování podzemních vod. Pro umístění, projektování a provoz skládek je nutný rozsáhlý povolovací proces. Obvykle se také vyžaduje monitorování skládek po jejich uzavření po dobu nejméně 30 let. Vzhledem ke své konstrukci se odpady na skládkách rozkládají anaerobně. Během rozkladu vzniká a je shromažďován bioplyn. Sběrné systémy zabraňují nekontrolované podpovrchové migraci plynu a snižují možnost vzniku výbušného stavu. Zachycený plyn se často využívá v kogeneračních zařízeních pro vytápění nebo výrobu elektřiny. Dále po uzavření mnoha skládek dochází k „recyklaci půdy“ a jejich přestavbě na golfová hřiště, rekreační parky a další prospěšné využití.

Odpady se na skládkách běžně nacházejí v suchém stavu, a proto je rychlost rozkladu odpadů obvykle velmi pomalá. Tato pomalá rychlost degradace je spojena s pomalou rychlostí usazování způsobeného degradací, což může komplikovat nebo snižovat potenciál pro prospěšné opětovné využití půdy na povrchu. Nedávno se objevila koncepce bioreaktorových skládek, která zahrnuje recirkulaci výluhu a/nebo vstřikování vybraných kapalin za účelem zvýšení vlhkosti odpadu, což následně vyvolá rychlou degradaci. Zvýšená rychlost rozkladu zvyšuje rychlost produkce bioplynu, což zvyšuje potenciál výhodné výroby energie ze zachycování a využívání bioplynu.

.