Pitkään tunnustettu jätehuoltohierarkia koostuu tärkeysjärjestyksessä jätteiden syntymisen ehkäisemisestä, minimoinnista, kierrätyksestä ja uudelleenkäytöstä, biologisesta käsittelystä, jätteenpoltosta ja kaatopaikkasijoituksesta (ks. alla oleva kuva).

Jätehuollon hierarkia Kuviossa esitetään jätteiden jätehuollon hierarkia paremmuusjärjestyksessä alkaen ehkäisystä edullisimpana ja päättyen loppusijoitukseen epäedullisimpana vaihtoehtona. Lähde: Drstuey via Wikimedia Commons

Jätteen syntymisen ehkäiseminen

Ihanteellinen jätehuoltovaihtoehto on jätteen syntymisen ehkäiseminen alun perin. Näin ollen jätteen synnyn ehkäisy on kaikkien jätehuoltostrategioiden perustavoite. Tuotteen elinkaaren valmistuksen, käytön tai käytön jälkeisten vaiheiden aikana voidaan käyttää lukuisia tekniikoita jätteen poistamiseksi ja siten saastumisen vähentämiseksi tai ehkäisemiseksi. Joitakin edustavia strategioita ovat esimerkiksi ympäristötietoiset valmistusmenetelmät, joissa käytetään vähemmän vaarallisia tai haitallisia materiaaleja, nykyaikaisten vuotojen havaitsemisjärjestelmien käyttö materiaalien varastoinnissa, innovatiiviset kemiallisten aineiden neutralointitekniikat reaktiivisuuden vähentämiseksi tai vettä säästävät tekniikat, jotka vähentävät makean veden tarvetta.

Jätteen minimointi

Monissa tapauksissa jätteitä ei voida suoralta kädeltä poistaa erilaisista prosesseista. Jätteentuotannon vähentämiseksi tai minimoimiseksi voidaan kuitenkin toteuttaa lukuisia strategioita. Jätteen minimoinnilla eli jätteiden syntypaikkojen vähentämisellä tarkoitetaan tuotteiden tai palvelujen suunnittelun ja valmistuksen yhteisiä strategioita, joilla minimoidaan syntyvän jätteen määrä ja/tai vähennetään syntyvän jätteen myrkyllisyyttä. Usein nämä pyrkimykset johtuvat tunnistetuista suuntauksista tai tietyistä tuotteista, jotka saattavat aiheuttaa ongelmia jätevirrassa, ja tämän jälkeen toteutetuista toimista näiden ongelmien pysäyttämiseksi. Teollisuudessa jätettä voidaan vähentää käyttämällä materiaaleja uudelleen, käyttämällä vähemmän vaarallisia korvaavia materiaaleja tai muuttamalla suunnittelun ja käsittelyn osia. Jätteen minimoinnilla tai syntypaikkojen vähentämisellä voidaan saavuttaa monia hyötyjä, kuten luonnonvarojen käytön vähentäminen ja jätteiden myrkyllisyyden vähentäminen.

Jätteen minimointistrategiat ovat erittäin yleisiä valmistussovelluksissa; materiaalien käytön säästäminen säästää luonnonvaroja, mutta säästää myös merkittäviä valmistukseen liittyviä kustannuksia. Virtaviivaistettujen pakkausten kehittyminen vähentää materiaalin käyttöä, ja jakelutehokkuuden lisääminen vähentää polttoaineen kulutusta ja siitä aiheutuvia ilmapäästöjä. Lisäksi suunnitelluilla rakennusmateriaaleilla voidaan usein suunnitella erityisiä suotuisia ominaisuuksia, jotka, kun ne otetaan huomioon yleisessä rakennesuunnittelussa, voivat vähentää huomattavasti tiettyyn rakenteeseen tarvittavan materiaalin kokonaismassaa ja -painoa. Tämä vähentää ylimääräisen materiaalin tarvetta ja vähentää komponenttien valmistukseen liittyvää jätettä.

Kuivapesuteollisuus tarjoaa erinomaisen esimerkin tuotteiden korvaamisesta myrkyllisten jätteiden syntymisen vähentämiseksi. Kemialliset pesulat käyttivät vuosikymmeniä tetrakloorieteeniä eli ”perciä” kemiallisen pesun liuottimena. Vaikka tetrakloorieteeni on tehokas, se on suhteellisen myrkyllinen yhdiste. Lisäksi se pääsee helposti ympäristöön, jossa se on fysikaalisten ominaisuuksiensa vuoksi erittäin sitkeää. Lisäksi sen hajotessa syntyvät välituotteet ovat myrkyllisempiä ihmisten terveydelle ja ympäristölle.

Kuivapesuteollisuus on ottanut käyttöön uusia toimintatapoja ja käyttää yhä enemmän vähemmän myrkyllisiä korvaavia tuotteita, mukaan lukien öljypohjaisia yhdisteitä, sen myrkyllisyyden ja ympäristövaikutusten vuoksi. Lisäksi uusissa kehittyvissä tekniikoissa käytetään hiilidioksidia ja muita suhteellisen vaarattomia yhdisteitä. Vaikka nämä korvaavat tuotteet ovat monissa tapauksissa olleet valtion sääntelyn määräämiä, ne on otettu käyttöön myös vastauksena kuluttajien vaatimuksiin ja muihin markkinavoimiin.

Kierrätys ja uudelleenkäyttö

Kierrätyksellä tarkoitetaan käyttökelpoisten materiaalien, kuten lasin, paperin, muovin, puun ja metallien, talteenottoa jätevirrasta, jotta ne voidaan sisällyttää uusien tuotteiden valmistukseen. Kun kierrätysmateriaaleja käytetään enemmän, samanlaisiin sovelluksiin tarvittavien raaka-aineiden käyttö vähenee. Kierrätys vähentää luonnonvarojen hyödyntämisen tarvetta raaka-aineiden osalta, mutta se mahdollistaa myös jätemateriaalien talteenoton ja hyödyntämisen arvokkaina raaka-aineina. Jätteiden kierrättäminen säästää suoraan luonnonvaroja, vähentää energiankulutusta ja päästöjä, joita syntyy neitseellisten materiaalien louhinnasta ja niiden myöhemmästä valmistuksesta valmiiksi tuotteiksi, vähentää kokonaisenergiankulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä, jotka vaikuttavat osaltaan maailmanlaajuiseen ilmastonmuutokseen, sekä vähentää kierrätettyjen materiaalien polttamista tai kaatopaikalle sijoittamista. Lisäksi kierrätys luo useita taloudellisia hyötyjä, kuten mahdollisuuden luoda työmarkkinoita ja edistää kasvua.

Yleisiä kierrätysmateriaaleja ovat paperi, muovit, lasi, alumiini, teräs ja puu. Lisäksi monet rakennusmateriaalit voidaan käyttää uudelleen, kuten betoni, asfalttimateriaalit, muuraus ja betoniteräs. ”Vihreät” kasvipohjaiset jätteet otetaan usein talteen ja käytetään välittömästi uudelleen mullan tai lannoitteiden valmistukseen. Monilla teollisuudenaloilla hyödynnetään myös erilaisia sivutuotteita ja/tai jalostetaan ja ”regeneroidaan” liuottimia uudelleenkäyttöä varten. Esimerkkejä ovat kuparin ja nikkelin talteenotto metallien viimeistelyprosesseista, öljyjen, rasvojen ja pehmittimien talteenotto liuotinuutolla suodatinmateriaaleista, kuten aktiivihiilestä ja savesta, sekä happojen talteenotto suihkupolttamalla, ioninvaihtamalla tai kiteyttämällä. Lisäksi erilaisia käytettyjä elintarvikepohjaisia öljyjä otetaan talteen ja hyödynnetään biodieselsovelluksissa.

Lukuisia esimerkkejä onnistuneista kierrätys- ja uudelleenkäyttöpyrkimyksistä löytyy joka päivä. Joissakin tapauksissa kierrätysmateriaaleja käytetään panosmateriaaleina ja niitä jalostetaan voimakkaasti lopputuotteiksi. Yleisiä esimerkkejä ovat jätepaperin käyttö uuden paperin valmistukseen tai vanhojen alumiinitölkkien jalostaminen uusiksi alumiinituotteiksi. Toisissa tapauksissa kierrätysmateriaaleja käsitellään vain vähän tai ei lainkaan ennen niiden uudelleenkäyttöä.

Yleisiä esimerkkejä ovat puujätteen käyttö puuhakkeena tai tiilien ja muiden kalusteiden käyttö uusissa rakenteissa. Kierrätyksen onnistuminen riippuu joka tapauksessa kierrätysmateriaalien tehokkaasta keräyksestä ja käsittelystä, uudelleenkäytön markkinoista (esim. kierrätysmateriaaleja hyödyntävä valmistus ja/tai sovellukset) sekä kierrätystuotteiden ja kierrätysmateriaaleja hyödyntävien sovellusten julkisesta hyväksynnästä ja edistämisestä.

Biologinen käsittely

Tärkeitä orgaanisia osuuksia sisältävien jätteiden sijoittaminen kaatopaikoille on yhä harvinaisempaa monissa maissa, myös Yhdysvalloissa. Tällaiset loppusijoituskäytännöt ovat jopa kiellettyjä useissa Euroopan maissa. Koska kaatopaikalle sijoittaminen ei ole houkutteleva jätehuoltovaihtoehto, on löydetty muita tekniikoita. Yksi vaihtoehto on käsitellä jätettä siten, että biohajoavat materiaalit hajoavat ja jäljelle jäävä epäorgaaninen jätejake (ns. jäännösjäännös) voidaan myöhemmin hävittää tai käyttää hyötykäyttöön.

Jätteen biohajoaminen voidaan toteuttaa aerobisella kompostoinnilla, anaerobisella mädätyksellä tai mekaanisella biologisella käsittelyllä (MBT). Jos orgaaninen osa voidaan erottaa epäorgaanisesta materiaalista, aerobista kompostointia tai anaerobista mädätystä voidaan käyttää jätteen hajottamiseen ja sen muuttamiseen käyttökelpoiseksi kompostiksi. Esimerkiksi orgaaniset jätteet, kuten ruokajäte, pihajäte ja eläinten lanta, jotka koostuvat luontaisesti hajoavista bakteereista, voidaan muuntaa valvotuissa olosuhteissa kompostiksi, jota voidaan sitten käyttää luonnollisena lannoitteena. Aerobinen kompostointi toteutetaan sijoittamalla valitut määrät orgaanista jätettä kasoihin, riveihin tai astioihin joko avoimissa olosuhteissa tai suljetuissa rakennuksissa, joissa on kaasunkeräys- ja käsittelyjärjestelmät. Prosessin aikana jätemateriaaliin lisätään täyteaineita, kuten puuhaketta, orgaanisen materiaalin aerobisen hajoamisen tehostamiseksi. Lopuksi materiaalin annetaan stabiloitua ja kypsyä kovettumisprosessin aikana, jolloin taudinaiheuttajat tuhoutuvat samanaikaisesti. Kompostointiprosessin lopputuotteina syntyy hiilidioksidia, vettä ja käyttökelpoista kompostimateriaalia.

Kompostimateriaalia voidaan käyttää monissa eri sovelluksissa. Sen lisäksi, että kompostia käytetään maanparannusaineena kasvinviljelyssä, sitä voidaan käyttää maaperän, pohjaveden ja sadevesien kunnostamiseen. Kompostointi voi olla työlästä, ja kompostin laatu riippuu suuresti kompostointiprosessin asianmukaisesta valvonnasta. Toimintaolosuhteiden riittämätön valvonta voi johtaa kompostiin, joka ei sovellu hyötykäyttöön. Kompostoinnista on kuitenkin tulossa yhä suositumpaa; vuonna 2009 kompostoinnilla siirrettiin 82 miljoonaa tonnia jätemateriaalia pois kaatopaikkojen jätevirrasta, kun vuonna 1980 vastaava määrä oli 15 miljoonaa tonnia. Näin vältettiin myös noin 178 miljoonan tonnin hiilidioksidipäästöt vuonna 2009, mikä vastaa 33 miljoonan auton vuotuisia hiilidioksidipäästöjä.

Joissakin tapauksissa aerobiset prosessit eivät ole toteutettavissa. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää anaerobisia prosesseja. Anaerobisessa mädätyksessä sekalaiset tai lajitellut orgaaniset jätteet hajotetaan astioissa anaerobisissa olosuhteissa. Anaerobinen hajoamisprosessi tuottaa metaanin ja hiilidioksidin yhdistelmää (biokaasua) ja jäämiä (biojäte). Biokaasua voidaan käyttää lämmitykseen ja sähköntuotantoon, kun taas tähteitä voidaan käyttää lannoitteina ja maanparannusaineina. Anaerobista mädätystä suositaan märkien jätteiden osalta, kun taas kuivien jätteiden osalta suositaan kompostointia. Anaerobisen mädätyksen etuna on biokaasun keräys; tämä keräys ja sen jälkeinen hyötykäyttö tekevät siitä ensisijaisen vaihtoehdon jätteiden sijoittamiselle kaatopaikoille. Lisäksi jäte hajoaa nopeammin anaerobisessa mädätyksessä kuin kaatopaikalle sijoittamisessa.

Toinen jätteenkäsittelyvaihtoehto, mekaaninen biologinen käsittely (MBT), ei ole yleinen Yhdysvalloissa. Tämä vaihtoehto on kuitenkin laajalti käytössä Euroopassa. Tätä menetelmää käytettäessä jätemateriaalille tehdään mekaanisten ja biologisten toimintojen yhdistelmä, joka pienentää tilavuutta jätteen orgaanisten jakeiden hajottamisen avulla. Mekaanisissa toiminnoissa, kuten lajittelussa, murskauksessa ja murskauksessa, jäte valmistellaan myöhempää biologista käsittelyä varten, joka on joko aerobinen kompostointi tai anaerobinen mädätys. Biologisten prosessien jälkeen pienennetty jätemassa voidaan polttaa.

Poltto

Jätteen hajottaminen ei ainoastaan tuota käyttökelpoisia kiinteitä lopputuotteita (kuten kompostia), vaan hajoamisen sivutuotteita voidaan käyttää myös hyödyllisenä energianlähteenä. Kuten edellä todettiin, jätteen anaerobinen mädätys voi tuottaa biokaasua, joka voidaan ottaa talteen ja sisällyttää sähköntuotantoon. Vaihtoehtoisesti jäte voidaan polttaa suoraan energian tuottamiseksi. Poltossa jätettä poltetaan hyvin korkeissa lämpötiloissa sähköenergian tuottamiseksi. Polton sivutuotteena syntyy tuhkaa, joka vaatii asianmukaista karakterisointia ennen hävittämistä tai joissakin tapauksissa hyödyllistä uudelleenkäyttöä. Sitä käytetään laajalti kehittyneissä maissa kaatopaikkatilan rajallisuuden vuoksi. On arvioitu, että vuosittain poltetaan noin 130 miljoonaa tonnia jätettä yli 600 laitoksessa 35 maassa. Lisäksi polttoa käytetään usein vaarallisten jätteiden, kuten kloorattujen hiilivetyjen, öljyjen, liuottimien, lääketieteellisten jätteiden ja torjunta-aineiden, tehokkaaseen vähentämiseen.

Polttoon suhtaudutaan eduista huolimatta usein kielteisesti korkeiden alkuvaiheen rakennuskustannusten ja myrkyllisen tuhkan päästöjen vuoksi (ks. taulukko edellä). Tällä hetkellä tutkitaan ja kehitetään monia ”seuraavan sukupolven” järjestelmiä, ja Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto (USEPA) on laatimassa uusia säännöksiä, joilla valvotaan tarkoin polttolaitosten ilmapäästöjä Clean Air Act -lain mukaisesti.

Hävittäminen kaatopaikoille

Kierrätyksen ja uudelleenkäytön edistymisestä huolimatta kaatopaikoille sijoittaminen on edelleen ensisijainen jätteenkäsittelymenetelmä Yhdysvalloissa. Kuten aiemmin mainittiin, kiinteän yhdyskuntajätteen tuotanto lisääntyy edelleen, mutta kaatopaikkojen kokonaiskapasiteetti vähenee. Uudet määräykset, jotka koskevat asianmukaista jätteiden hävittämistä ja innovatiivisten vuorausjärjestelmien käyttöä suotoveden tunkeutumisesta ja kulkeutumisesta aiheutuvan pohjaveden pilaantumisen minimoimiseksi, ovat johtaneet kaatopaikkojen hävittämiskustannusten huomattavaan kasvuun. Myös yleisön vastustus kaatopaikkoja kohtaan kasvaa jatkuvasti, osittain muistojen innoittamana historiallisista hallitsemattomista kaatopaikkakäytännöistä ja niistä aiheutuneista epätoivotuista sivuvaikutuksista, kuten hallitsemattomista tartunnanlevittäjistä, saastuneesta pohjavedestä, lieventämättömistä hajuista ja siitä johtuvasta kiinteistöjen arvon alenemisesta.

Kuva 1: Nykyaikainen kaatopaikka

Kaatopaikat voidaan suunnitella ja sallia ottamaan vastaan vaarallisia jätteitä RCRA Subtitle C -säädösten mukaisesti, tai ne voidaan suunnitella ja sallia ottamaan vastaan kiinteää yhdyskuntajätettä RCRA Subtitle D -säädösten mukaisesti. Riippumatta siitä, mihin jätteeseen kaatopaikka luokitellaan, kaatopaikat ovat teknisesti suunniteltuja rakenteita, jotka koostuvat pohja- ja sivuvuorausjärjestelmistä, suotoveden keräys- ja poistojärjestelmistä, lopullisista kansijärjestelmistä, kaasun keräys- ja poistojärjestelmistä sekä pohjaveden seurantajärjestelmistä. Kaatopaikkojen sijoittaminen, suunnittelu ja käyttö edellyttävät laajaa lupamenettelyä. Kaatopaikkojen sulkemisen jälkeistä seurantaa edellytetään yleensä vähintään 30 vuoden ajan. Kaatopaikkojen rakenteesta johtuen jätteet hajoavat kaatopaikoilla anaerobisesti. Hajoamisen aikana tuotetaan ja kerätään biokaasua. Keräysjärjestelmät estävät kaasun hallitsemattoman siirtymisen maan alle ja vähentävät räjähdysvaaran mahdollisuutta. Kerätty kaasu käytetään usein yhteistuotantolaitoksissa lämmitykseen tai sähköntuotantoon. Lisäksi sulkeuduttuaan monet kaatopaikat kierrätetään ja rakennetaan uudelleen golfkentiksi, virkistyspuistoiksi ja muuhun hyötykäyttöön.

Jätteet ovat kaatopaikoilla yleensä kuivassa tilassa, minkä vuoksi jätteen hajoamisnopeus on yleensä hyvin hidas. Näiden hitaiden hajoamisnopeuksien lisäksi hajoamisen aiheuttama laskeutuminen on hidasta, mikä puolestaan voi vaikeuttaa tai vähentää maan hyötykäyttömahdollisuuksia maan pinnalla. Viime aikoina on kehitetty bioreaktorikaatopaikkoja, joihin liittyy suotoveden kierrätys ja/tai valittujen nesteiden ruiskutus jätteen kosteuden lisäämiseksi, mikä puolestaan saa aikaan nopean hajoamisen. Lisääntynyt hajoamisnopeus lisää biokaasun tuotantonopeutta, mikä lisää biokaasun talteenotosta ja hyödyntämisestä saatavan hyötyenergian tuotantomahdollisuuksia.