Det længe anerkendte hierarki for håndtering af affald består i prioriteret rækkefølge af forebyggelse, minimering, genbrug og genanvendelse, biologisk behandling, forbrænding og deponering på lossepladser (se nedenstående figur).

Hierarkiet for affaldshåndtering Figuren viser hierarkiet for håndtering af affald i prioriteret rækkefølge, begyndende med forebyggelse som den mest gunstige løsning til bortskaffelse som den mindst gunstige løsning. Kilde: Drstuey via Wikimedia Commons

Affaldsforebyggelse

Det ideelle alternativ til affaldshåndtering er at forhindre affaldsproduktion i første omgang. Derfor er affaldsforebyggelse et grundlæggende mål for alle affaldshåndteringsstrategier. Der kan anvendes en lang række teknologier i hele produktets livscyklus under fremstilling, brug eller efter brug for at eliminere affald og dermed reducere eller forebygge forurening. Nogle repræsentative strategier omfatter miljøbevidste fremstillingsmetoder, der inkorporerer mindre farlige eller skadelige materialer, anvendelse af moderne lækagesporingssystemer til materialeopbevaring, innovative kemiske neutraliseringsteknikker for at reducere reaktivitet eller vandbesparende teknologier, der reducerer behovet for tilførsel af ferskvand.

Affaldsminimering

I mange tilfælde kan affald ikke helt elimineres fra en række forskellige processer. Der kan dog gennemføres en lang række strategier for at reducere eller minimere affaldsproduktionen. Affaldsminimering eller kildebegrænsning henviser til de kollektive strategier for design og fremstilling af produkter eller tjenesteydelser, som minimerer mængden af affald og/eller reducerer giftigheden af det resulterende affald. Ofte skyldes disse bestræbelser identificerede tendenser eller specifikke produkter, der kan være årsag til problemer i affaldsstrømmen, og de efterfølgende skridt, der tages for at standse disse problemer. I industrien kan affaldet reduceres ved at genbruge materialer, ved at anvende mindre farlige erstatningsmaterialer eller ved at ændre komponenter i design og forarbejdning. Der kan opnås mange fordele ved affaldsminimering eller kildebegrænsning, herunder reduceret brug af naturressourcer og reduktion af affaldets toksicitet.

Affaldsminimeringsstrategier er yderst almindelige i fremstillingsapplikationer; besparelserne i materialeforbruget bevarer ressourcerne, men sparer også betydelige fremstillingsrelaterede omkostninger. Fremskridt inden for strømlinet emballage reducerer materialeforbruget, og øget distributionseffektivitet reducerer brændstofforbruget og de deraf følgende luftemissioner. Endvidere kan konstruerede byggematerialer ofte konstrueres med specifikke gunstige egenskaber, som, når der tages højde for dem i det overordnede strukturelle design, i høj grad kan reducere den samlede masse og vægt af det materiale, der er nødvendigt for en given konstruktion. Dette mindsker behovet for overskydende materiale og reducerer det affald, der er forbundet med fremstillingen af komponenter.

Rensningsindustrien er et glimrende eksempel på produktsubstitution med henblik på at reducere produktionen af giftigt affald. I årtier brugte renserier tetrachlorethylen eller “perc” som opløsningsmiddel til rensning. Selv om det er effektivt, er tetrachlorethylen en relativt giftig forbindelse. Desuden er det let at bringe det ind i miljøet, hvor det er meget genstridigt på grund af dets fysiske egenskaber. Når det nedbrydes, er de mellemprodukter, der dannes, desuden mere giftige for menneskers sundhed og miljøet.

På grund af dets giftighed og indvirkning på miljøet har renseriindustrien indført nye metoder og anvender i stigende grad mindre giftige erstatningsprodukter, herunder petroleumsbaserede forbindelser. Endvidere inkorporerer nye teknologier kuldioxid og andre relativt uskadelige forbindelser i nye teknologier. Selv om disse erstatningsprodukter i mange tilfælde er blevet pålagt af myndighederne, er de også blevet indført som reaktion på forbrugernes krav og andre markedsbaserede kræfter.

Recycling og genbrug

Recycling henviser til genvinding af nyttige materialer som glas, papir, plast, træ og metaller fra affaldsstrømmen, så de kan indgå i fremstillingen af nye produkter. Med større anvendelse af genbrugsmaterialer reduceres den nødvendige anvendelse af råmaterialer til identiske anvendelser. Genbrug reducerer behovet for udnyttelse af naturressourcerne til råmaterialer, men det giver også mulighed for at genvinde affaldsmaterialer og udnytte dem som værdifulde ressourcematerialer. Genanvendelse af affald sparer direkte på naturressourcerne, reducerer energiforbruget og emissionerne fra udvinding af nye materialer og deres efterfølgende fremstilling til færdige produkter, reducerer det samlede energiforbrug og drivhusgasemissionerne, som bidrager til de globale klimaændringer, og reducerer forbrændingen eller deponeringen af de materialer, der er blevet genanvendt. Desuden skaber genanvendelse flere økonomiske fordele, herunder potentialet til at skabe jobmarkeder og fremme væksten.

Gennemsnitlige genanvendte materialer omfatter papir, plast, glas, aluminium, stål og træ. Desuden kan mange byggematerialer genbruges, herunder beton, asfaltmaterialer, murværk og armeringsstål. “Grønt” plantebaseret affald genvindes ofte og genanvendes straks til muldjord eller gødning. Mange industrier genindvinder også forskellige biprodukter og/eller raffinerer og “genindvinder” opløsningsmidler med henblik på genbrug. Som eksempler kan nævnes genvinding af kobber og nikkel fra metalfinishprocesser, genvinding af olier, fedtstoffer og blødgøringsmidler ved opløsningsmiddelekstraktion fra filtermedier som aktivt kul og ler samt genvinding af syre ved sprøjtebrænding, ionbytning eller krystallisering. Endvidere genvindes en række brugte fødevarebaserede olier og anvendes i “biodiesel”-applikationer.

Der findes dagligt utallige eksempler på vellykkede genanvendelses- og genbrugsbestræbelser. I nogle tilfælde anvendes de genanvendte materialer som inputmaterialer og forarbejdes i høj grad til slutprodukter. Almindelige eksempler er brugen af papiraffald til fremstilling af nyt papir eller forarbejdning af gamle aluminiumsdåser til nye aluminiumsprodukter. I andre tilfælde gennemgår genbrugsmaterialer kun lidt eller ingen forarbejdning før genanvendelse.

Nogle almindelige eksempler omfatter anvendelse af træaffald som træflis eller anvendelse af mursten og andet inventar i ny strukturel konstruktion. Under alle omstændigheder afhænger genanvendelsens succes af effektiv indsamling og behandling af genanvendelige materialer, markeder for genanvendelse (f.eks. fremstilling og/eller anvendelser, der anvender genanvendte materialer) samt offentlig accept og fremme af genanvendte produkter og anvendelser, der anvender genanvendte materialer.

Biologisk behandling

Der er i mange lande, herunder USA, en stigende tendens til at fraråde deponering af affald, der indeholder betydelige organiske fraktioner, på lossepladser. Denne form for bortskaffelse er endog forbudt i flere europæiske lande. Da deponering ikke er en attraktiv løsning, er der blevet fundet andre teknikker. En mulighed er at behandle affaldet, så bionedbrydelige materialer nedbrydes, og den resterende uorganiske affaldsfraktion (kendt som restprodukter) efterfølgende kan bortskaffes eller anvendes til gavnlige formål.

Bionedbrydning af affald kan opnås ved hjælp af aerob kompostering, anaerob nedbrydning eller mekanisk biologisk behandling (MBT). Hvis den organiske fraktion kan adskilles fra uorganisk materiale, kan aerob kompostering eller anaerob nedbrydning anvendes til at nedbryde affaldet og omdanne det til brugbar kompost. F.eks. kan organisk affald som madaffald, haveaffald og husdyrgødning, der består af naturligt nedbrydende bakterier, under kontrollerede forhold omdannes til kompost, som derefter kan anvendes som naturlig gødning. Aerob kompostering sker ved at placere udvalgte mængder af organisk affald i bunker, rækker eller beholdere, enten i åbne omgivelser eller i lukkede bygninger med gasopsamlings- og behandlingssystemer. Under processen tilsættes affaldsmaterialet fyldstoffer som f.eks. træflis for at fremme den aerobe nedbrydning af organiske materialer. Endelig får materialet lov til at stabilisere sig og modnes under en hærdningsproces, hvor patogener samtidig destrueres. Slutprodukterne fra komposteringsprocessen omfatter kuldioxid, vand og det anvendelige kompostmateriale.

Kompostmateriale kan anvendes til en lang række formål. Ud over at blive brugt som jordforbedring til planteavl kan kompost bruges til at sanere jord, grundvand og regnvand. Kompostering kan være arbejdskrævende, og kompostens kvalitet er i høj grad afhængig af korrekt kontrol af komposteringsprocessen. Utilstrækkelig kontrol af driftsbetingelserne kan resultere i kompost, der er uegnet til nyttige anvendelser. Ikke desto mindre bliver kompostering stadig mere populær; kompostering afledte 82 millioner tons affaldsmateriale fra affaldsstrømmen til lossepladser i 2009, hvilket er en stigning fra 15 millioner tons i 1980. Denne omledning forhindrede også udledningen af ca. 178 millioner tons kuldioxid i 2009 – en mængde, der svarer til de årlige kuldioxidemissioner fra 33 millioner biler.

I nogle tilfælde er aerobe processer ikke gennemførlige. Som et alternativ kan der anvendes anaerobe processer. Anaerob nedbrydning består i nedbrydning af blandet eller sorteret organisk affald i beholdere under anaerobe forhold. Den anaerobe nedbrydningsproces producerer en kombination af metan og kuldioxid (biogas) og restprodukter (biosolids). Biogassen kan anvendes til opvarmning og elproduktion, mens restprodukterne kan anvendes som gødning og jordforbedring. Anaerob nedbrydning er en foretrukken nedbrydningsmetode for vådt affald sammenlignet med kompostering for tørt affald. Fordelen ved anaerob nedbrydning er opsamling af biogas; denne opsamling og den efterfølgende gavnlige udnyttelse gør den til et foretrukket alternativ til deponering af affald på lossepladser. Desuden nedbrydes affaldet hurtigere ved anaerob nedbrydning end ved deponering på lossepladser.

Et andet alternativ til affaldsbehandling, mekanisk biologisk behandling (MBT), er ikke almindeligt i USA. Dette alternativ er dog meget anvendt i Europa. Under gennemførelsen af denne metode udsættes affaldsmaterialet for en kombination af mekaniske og biologiske operationer, der reducerer volumen gennem nedbrydning af organiske fraktioner i affaldet. Mekaniske operationer som sortering, findeling og knusning forbereder affaldet til den efterfølgende biologiske behandling, som enten består af aerob kompostering eller anaerob nedbrydning. Efter de biologiske processer kan den reducerede affaldsmasse underkastes forbrænding.

Forbrænding

Affaldsnedbrydning giver ikke kun nyttige faste slutprodukter (som f.eks. kompost), men nedbrydningsbiprodukterne kan også anvendes som en nyttig energikilde. Som nævnt ovenfor kan anaerob nedbrydning af affald generere biogas, som kan opsamles og indgå i elproduktionen. Alternativt kan affaldet forbrændes direkte for at producere energi. Forbrænding består i forbrænding af affald ved meget høje temperaturer for at producere elektrisk energi. Biproduktet ved forbrænding er aske, som kræver en korrekt karakterisering før bortskaffelse eller i nogle tilfælde nyttig genanvendelse. Forbrænding anvendes i vid udstrækning i de udviklede lande på grund af begrænset plads på lossepladser. Det anslås, at der årligt forbrændes ca. 130 mio. tons affald i mere end 600 anlæg i 35 lande. Endvidere bruges forbrænding ofte til effektivt at afbøde farligt affald som f.eks. klorerede kulbrinter, olier, opløsningsmidler, medicinsk affald og pesticider.

På trods af fordelene opfattes forbrænding ofte negativt på grund af de høje indledende anlægsomkostninger og udledningen af aske, som er giftig (se ovenstående tabel). I øjeblikket forskes og udvikles der i mange “næste generations” systemer, og USEPA er ved at udarbejde nye regler for nøje at overvåge forbrændingsanlægs luftemissioner i henhold til Clean Air Act.

Bortskaffelse på lossepladser

Trods fremskridt inden for genbrug og genanvendelse er bortskaffelse på lossepladser fortsat den primære affaldsbortskaffelsesmetode i USA. Som tidligere nævnt fortsætter produktionen af fast husholdningsaffald med at stige, men den samlede kapacitet på lossepladserne er faldende. Nye regler om korrekt affaldsbortskaffelse og brugen af innovative foringssystemer for at minimere risikoen for grundvandsforurening fra infiltration og migration af perkolat har resulteret i en betydelig stigning i omkostningerne ved deponering af affald. Desuden vokser offentlighedens modstand mod deponeringsanlæg fortsat, til dels inspireret af minderne om historiske ukontrollerede deponeringsmetoder og de deraf følgende uønskede bivirkninger i form af ukontrollerede vektorer, forurenet grundvand, lugtgener og efterfølgende faldende ejendomsværdier.

Figur 1: Moderne losseplads

Landsdepoter kan udformes og tillades til at modtage farligt affald i overensstemmelse med RCRA Subtitle C-reglerne, eller de kan udformes og tillades til at modtage fast husholdningsaffald i overensstemmelse med RCRA Subtitle D-reglerne. Uanset affaldsbetegnelsen er deponeringsanlæg tekniske konstruktioner bestående af bund- og sideforingssystemer, systemer til opsamling og fjernelse af perkolat, slutdækningssystemer, systemer til opsamling og fjernelse af gas samt grundvandsovervågningssystemer. Der kræves en omfattende godkendelsesproces for placering, udformning og drift af deponeringsanlæg. Der kræves også typisk overvågning af deponeringsanlæg efter lukning i mindst 30 år. På grund af deres udformning nedbrydes affald i deponeringsanlæg anaerobt. Under nedbrydningen produceres og opsamles biogas. Opsamlingssystemerne forhindrer ukontrolleret underjordisk gasvandring og reducerer risikoen for eksplosive forhold. Den opsamlede gas anvendes ofte i kraftvarmeanlæg til opvarmning eller elproduktion. Ved lukningen af mange lossepladser sker der desuden en “genanvendelse af jorden” og de genanvendes som golfbaner, rekreative parker og andre nyttige anvendelser.

Affaldet findes normalt i tør tilstand på lossepladserne, og som følge heraf er nedbrydningshastigheden for affaldet normalt meget langsom. Denne langsomme nedbrydningshastighed er kombineret med langsom nedbrydningsbetinget afvikling, hvilket igen kan vanskeliggøre eller reducere potentialet for nyttig genanvendelse af jorden på overfladen. For nylig er der opstået et koncept med bioreaktor-deponier, som indebærer recirkulation af perkolat og/eller indsprøjtning af udvalgte væsker for at øge fugtigheden i affaldet, hvilket igen fremkalder en hurtig nedbrydning. Den øgede nedbrydningshastighed øger biogasproduktionen, hvilket øger potentialet for gavnlig energiproduktion fra biogasopsamling og -udnyttelse.