A hulladékok kezelésének régóta elismert hierarchiája a megelőzés, a minimalizálás, az újrahasznosítás és újrahasználat, a biológiai kezelés, az égetés és a hulladéklerakókban való elhelyezés sorrendjében áll (lásd az alábbi ábrát).

A hulladékgazdálkodás hierarchiája Az ábra a hulladékok kezelésének hierarchiáját mutatja sorrendben vagy preferencia szerint, kezdve a megelőzéstől, mint a legkedvezőbbtől az ártalmatlanításig, mint a legkedvezőtlenebb lehetőségig. Forrás: V: Drstuey via Wikimedia Commons

Hulladékmegelőzés

A hulladékgazdálkodás ideális alternatívája a hulladék keletkezésének eleve megelőzése. Ezért a hulladékkeletkezés megelőzése minden hulladékgazdálkodási stratégia alapvető célja. Számos technológia alkalmazható a termék életciklusának gyártási, használati vagy használat utáni szakaszában a hulladék kiküszöbölésére, és ezáltal a környezetszennyezés csökkentésére vagy megelőzésére. Néhány reprezentatív stratégia közé tartoznak a kevésbé veszélyes vagy káros anyagokat tartalmazó, környezettudatos gyártási módszerek, a korszerű szivárgásérzékelő rendszerek alkalmazása az anyagtárolásnál, az innovatív kémiai semlegesítési technikák a reaktivitás csökkentése érdekében, vagy a víztakarékos technológiák, amelyek csökkentik az édesvíz-bevitel szükségességét.

Hulladékminimalizálás

A hulladékok sok esetben nem küszöbölhetők ki teljesen a különböző folyamatokból. Azonban számos stratégiát lehet alkalmazni a hulladéktermelés csökkentésére vagy minimalizálására. A hulladékminimalizálás vagy forráscsökkentés a termékek vagy szolgáltatások tervezésének és gyártásának olyan kollektív stratégiáira utal, amelyek minimalizálják a keletkező hulladék mennyiségét és/vagy csökkentik a keletkező hulladék toxicitását. Gyakran ezek az erőfeszítések olyan azonosított tendenciákból vagy konkrét termékekből erednek, amelyek problémákat okozhatnak a hulladékáramban, és az ezt követő, e problémák megállítására tett lépésekből. Az iparban a hulladék csökkenthető anyagok újrafelhasználásával, kevésbé veszélyes helyettesítő anyagok használatával, vagy a tervezés és feldolgozás összetevőinek módosításával. A hulladékminimalizálással vagy a forráscsökkentéssel számos előny realizálható, beleértve a természeti erőforrások csökkentett felhasználását és a hulladékok toxicitásának csökkentését.

A hulladékminimalizálási stratégiák rendkívül elterjedtek a gyártási alkalmazásokban; az anyagfelhasználás megtakarítása megóvja az erőforrásokat, ugyanakkor jelentős gyártással kapcsolatos költségeket is megtakarít. Az áramvonalas csomagolás terén elért előrelépések csökkentik az anyagfelhasználást, a megnövekedett elosztási hatékonyság csökkenti az üzemanyag-fogyasztást és az ebből eredő légszennyezést. Továbbá, a tervezett építőanyagokat gyakran olyan kedvező tulajdonságokkal lehet megtervezni, amelyek az általános szerkezeti tervezés során figyelembe véve nagymértékben csökkenthetik az adott szerkezethez szükséges anyag teljes tömegét és súlyát. Ez csökkenti a felesleges anyagszükségletet, és csökkenti az alkatrészek gyártásával kapcsolatos hulladékot.

A vegytisztító ipar kiváló példát nyújt a mérgező hulladékok keletkezésének csökkentését célzó termékhelyettesítésre. A vegytisztítók évtizedeken keresztül tetraklór-etilént, vagy “perket” használtak vegytisztító oldószerként. Bár hatékony, a tetraklór-etilén viszonylag mérgező vegyület. Ráadásul könnyen bekerül a környezetbe, ahol fizikai tulajdonságai miatt rendkívül visszahúzódó. Továbbá, amikor lebomlik, a keletkező köztes leánytermékek mérgezőbbek az emberi egészségre és a környezetre.

A toxicitása és a környezetre gyakorolt hatása miatt a vegytisztító ipar új gyakorlatokat vezetett be, és egyre inkább kevésbé mérgező helyettesítő termékeket használ, beleértve a kőolaj alapú vegyületeket is. Továbbá, az újonnan megjelenő technológiák szén-dioxidot és más, viszonylag ártalmatlan vegyületeket tartalmaznak. Bár ezeket a helyettesítő termékeket sok esetben kormányzati szabályozás írta elő, a fogyasztói igényekre és más piaci erőkre reagálva is elfogadták őket.

Újrahasznosítás és újrafelhasználás

Az újrahasznosítás a hasznos anyagok, például üveg, papír, műanyag, fa és fémek visszanyerésére utal a hulladékáramból, hogy azokat új termékek gyártásába lehessen beépíteni. Az újrahasznosított anyagok nagyobb mértékű beépítésével csökken az azonos alkalmazásokhoz szükséges nyersanyagok felhasználása. Az újrahasznosítás csökkenti a természeti erőforrások nyersanyag-kitermelésének szükségességét, ugyanakkor lehetővé teszi a hulladékanyagok visszanyerését és értékes nyersanyagként való felhasználását is. A hulladékok újrahasznosítása közvetlenül megőrzi a természeti erőforrásokat, csökkenti a szűz anyagok kitermelése, majd késztermékké történő előállítása során keletkező energiafogyasztást és kibocsátást, csökkenti a globális éghajlatváltozáshoz hozzájáruló általános energiafogyasztást és üvegházhatású gázkibocsátást, valamint csökkenti az újrahasznosított anyagok elégetését vagy hulladéklerakóba helyezését. Ezenkívül az újrahasznosítás számos gazdasági előnnyel jár, többek között munkahelyi piacokat hozhat létre és ösztönözheti a növekedést.

Az általános újrahasznosított anyagok közé tartozik a papír, a műanyag, az üveg, az alumínium, az acél és a fa. Emellett számos építőipari anyag újrahasznosítható, beleértve a betont, az aszfaltanyagokat, a falazatot és a betonacélt. A “zöld” növényi alapú hulladékokat gyakran visszanyerik és azonnal újrahasznosítják mulcs vagy műtrágya felhasználására. Számos iparág is visszanyeri a különböző melléktermékeket és/vagy újrahasznosítás céljából finomítja és “újratermeli” az oldószereket. Ilyen például a fémfeldolgozási folyamatokból származó réz és nikkel visszanyerése; olajok, zsírok és lágyítószerek visszanyerése oldószeres extrakcióval szűrőközegekből, például aktív szénből és agyagból; valamint savak visszanyerése pörköléssel, ioncserével vagy kristályosítással. Továbbá egy sor használt élelmiszer-alapú olajat nyerünk vissza és hasznosítunk “biodízel” alkalmazásokban.

A sikeres újrahasznosítási és újrafelhasználási erőfeszítések számtalan példájával találkozunk nap mint nap. Egyes esetekben az újrahasznosított anyagokat alapanyagként használják fel, és nagymértékben feldolgozzák végtermékké. Gyakori példa erre a papírhulladék felhasználása új papírgyártáshoz, vagy a régi alumíniumdobozok új alumíniumtermékké történő feldolgozása. Más esetekben az újrahasznosított anyagokat az újrafelhasználás előtt alig vagy egyáltalán nem dolgozzák fel.

Egyik gyakori példa a fahulladék faforgácsként való felhasználása, vagy a tégla és más berendezési tárgyak felhasználása új szerkezeti építményekben. Az újrahasznosítás sikere minden esetben az újrahasznosítható anyagok hatékony begyűjtésétől és feldolgozásától, az újrafelhasználás piacától (pl. az újrahasznosított anyagokat felhasználó gyártás és/vagy alkalmazások), valamint az újrahasznosított termékek és az újrahasznosított anyagokat felhasználó alkalmazások társadalmi elfogadottságától és népszerűsítésétől függ.

Biológiai kezelés

A jelentős szerves frakciókat tartalmazó hulladékok hulladéklerakóba történő elhelyezését számos országban, köztük az Egyesült Államokban is egyre kevésbé támogatják. Az ilyen ártalmatlanítási gyakorlatot több európai országban még tiltják is. Mivel a hulladéklerakás nem jelent vonzó kezelési lehetőséget, más technikákat határoztak meg. Az egyik lehetőség a hulladékok kezelése oly módon, hogy a biológiailag lebomló anyagok lebomlanak, és a fennmaradó szervetlen hulladékfrakció (az úgynevezett maradék) később ártalmatlanítható vagy hasznos célra felhasználható.

A hulladékok biológiai lebontása megvalósítható aerob komposztálás, anaerob lebontás vagy mechanikai biológiai kezelés (MBT) módszerével. Ha a szerves frakciót el lehet választani a szervetlen anyagoktól, aerob komposztálás vagy anaerob lebontás alkalmazható a hulladék lebontására és felhasználható komposzttá alakítására. Például az olyan szerves hulladékok, mint az élelmiszerhulladék, a kerti hulladék és az állati trágya, amelyek természetes lebontó baktériumokból állnak, ellenőrzött körülmények között komposzttá alakíthatók, amely aztán természetes trágyaként hasznosítható. Az aerob komposztálás úgy történik, hogy a szerves hulladékot kiválasztott arányban halmokba, sorokba vagy edényekbe helyezik, vagy nyílt körülmények között, vagy gázgyűjtő és -kezelő rendszerrel felszerelt zárt épületekben. A folyamat során a szerves anyagok aerob lebomlásának fokozása érdekében a hulladékhoz térfogatnövelő anyagokat, például faforgácsot adnak. Végül az anyagot hagyják stabilizálódni és érlelődni az érlelési folyamat során, ahol a kórokozók egyidejűleg elpusztulnak. A komposztálási folyamat végtermékei közé tartozik a szén-dioxid, a víz és a felhasználható komposztanyag.

A komposztanyag számos alkalmazásban felhasználható. A növénytermesztésben talajjavítóként való felhasználásán kívül a komposzt a talajok, a talajvíz és a csapadékvíz helyreállítására is használható. A komposztálás munkaigényes lehet, és a komposzt minősége nagyban függ a komposztálási folyamat megfelelő ellenőrzésétől. A működési feltételek nem megfelelő ellenőrzése olyan komposztot eredményezhet, amely nem alkalmas a hasznos alkalmazásokra. Ennek ellenére a komposztálás egyre népszerűbbé válik; a komposztálással 2009-ben 82 millió tonna hulladékanyag került ki a hulladéklerakókból, ami az 1980-as 15 millió tonnáról 82 millió tonnára nőtt. Ez az elterelés 2009-ben mintegy 178 millió tonna szén-dioxid kibocsátását is megakadályozta – ez a mennyiség 33 millió autó éves szén-dioxid-kibocsátásának felel meg.

Egyes esetekben az aerob eljárások nem kivitelezhetőek. Alternatívaként anaerob folyamatok is alkalmazhatók. Az anaerob lebontás a vegyes vagy válogatott szerves hulladékok anaerob körülmények között, edényekben történő lebontásából áll. Az anaerob lebontási folyamat során metán és szén-dioxid (biogáz), valamint maradékanyagok (bioszilárd anyagok) keletkeznek. A biogáz felhasználható fűtésre és villamosenergia-termelésre, míg a maradékok műtrágyaként és talajjavítóként használhatók fel. Az anaerob lebontás a nedves hulladékok esetében előnyösebb, mint a száraz hulladékok esetében a komposztálás. Az anaerob lebontás előnye a biogáz összegyűjtése; ez a gyűjtés és az azt követő hasznos felhasználás a hulladékok hulladéklerakóba történő elhelyezésének előnyös alternatívájává teszi. Az anaerob lebontás során a hulladék gyorsabban lebomlik, mint a hulladéklerakóban történő elhelyezés során.

A másik hulladékkezelési alternatíva, a mechanikai biológiai kezelés (MBT) nem elterjedt az Egyesült Államokban. Európában azonban ezt az alternatívát széles körben alkalmazzák. E módszer végrehajtása során a hulladékanyagot mechanikai és biológiai műveletek kombinációjának vetik alá, amelyek a hulladékban lévő szerves frakciók lebontása révén csökkentik a térfogatot. Az olyan mechanikai műveletek, mint a válogatás, aprítás és zúzás előkészítik a hulladékot a későbbi biológiai kezelésre, amely aerob komposztálásból vagy anaerob lebontásból áll. A biológiai folyamatokat követően a csökkentett hulladéktömeget égetésnek lehet alávetni.

Az égetés

A hulladék lebontása nemcsak hasznos szilárd végterméket (például komposztot) eredményez, hanem a lebontás melléktermékei hasznos energiaforrásként is felhasználhatók. Amint azt fentebb tárgyaltuk, a hulladék anaerob lebontása biogázt termelhet, amelyet fel lehet fogni és be lehet vonni a villamosenergia-termelésbe. Alternatív megoldásként a hulladékot közvetlenül elégetni is lehet energiatermelés céljából. Az égetés során a hulladékot nagyon magas hőmérsékleten elégetik elektromos energia előállítása céljából. Az égetés mellékterméke a hamu, amelyet az ártalmatlanítás, vagy bizonyos esetekben a hasznos újrafelhasználás előtt megfelelően jellemezni kell. A hulladéklerakók helyszűke miatt a fejlett országokban széles körben alkalmazzák. Becslések szerint évente mintegy 130 millió tonna hulladékot égetnek el 35 ország több mint 600 üzemében. Továbbá az égetést gyakran használják a veszélyes hulladékok, például a klórozott szénhidrogének, olajok, oldószerek, orvosi hulladékok és peszticidek hatékony mérséklésére.

Az előnyök ellenére az égetést gyakran negatívan ítélik meg a magas kezdeti építési költségek és a mérgező hamu kibocsátása miatt (lásd a fenti táblázatot). Jelenleg számos “új generációs” rendszert kutatnak és fejlesztenek, és az USEPA új szabályozást dolgoz ki az égetőművek levegőbe történő kibocsátásának gondos ellenőrzésére a tiszta levegőről szóló törvény értelmében.

Hulladéklerakókban történő elhelyezés

Az újrafelhasználás és az újrahasznosítás terén elért eredmények ellenére a hulladéklerakókban történő elhelyezés továbbra is az elsődleges hulladékelhelyezési módszer az Egyesült Államokban. Amint korábban említettük, a települési szilárd hulladék keletkezésének mértéke továbbra is növekszik, de a hulladéklerakók kapacitása összességében csökken. A megfelelő hulladékelhelyezésre vonatkozó új előírások és a csurgalékvíz beszivárgásából és migrációjából eredő talajvízszennyezés lehetőségének minimalizálására szolgáló innovatív bélésrendszerek alkalmazása a hulladéklerakók ártalmatlanítási költségeinek jelentős növekedését eredményezte. A hulladéklerakókkal szembeni lakossági ellenállás is folyamatosan növekszik, részben a történelmi, ellenőrizetlen lerakási gyakorlatok emlékei, az ebből eredő nemkívánatos mellékhatások – ellenőrizetlen vektorok, szennyezett talajvíz, csillapíthatatlan szagok és az ezt követő ingatlanok értékcsökkenése – miatt.

1. ábra: Modern hulladéklerakó

A hulladéklerakók tervezhetők és engedélyezhetők veszélyes hulladékok befogadására az RCRA C alcímére vonatkozó előírásoknak megfelelően, vagy tervezhetők és engedélyezhetők települési szilárd hulladékok befogadására az RCRA D alcímére vonatkozó előírásoknak megfelelően. Hulladékkijelölésüktől függetlenül a hulladéklerakók olyan műszaki szerkezetek, amelyek fenék- és oldalbélésrendszerekből, csurgalékvízgyűjtő és -elvezető rendszerekből, végleges fedőrendszerekből, gázgyűjtő és -elvezető rendszerekből, valamint talajvízmegfigyelő rendszerekből állnak. A hulladéklerakók elhelyezéséhez, tervezéséhez és üzemeltetéséhez kiterjedt engedélyezési eljárásra van szükség. A hulladéklerakók bezárása utáni nyomon követése is általában legalább 30 évig szükséges. A hulladéklerakók kialakítása miatt a hulladékok a hulladéklerakókban anaerob módon bomlanak le. A lebomlás során biogáz keletkezik, amelyet összegyűjtenek. A gyűjtőrendszerek megakadályozzák az ellenőrizetlen felszín alatti gázvándorlást, és csökkentik a robbanásveszélyes állapotok kialakulásának lehetőségét. Az összegyűjtött gázt gyakran kapcsolt hő- és villamosenergia-termelő létesítményekben használják fel fűtésre vagy villamosenergia-termelésre. Továbbá, bezáráskor sok hulladéklerakó “újrahasznosításra” kerül, és golfpályák, rekreációs parkok és más hasznos felhasználási módok formájában újratermelődik.

A hulladékok általában száraz állapotban vannak a hulladéklerakókban, és ennek következtében a hulladék lebomlásának sebessége általában nagyon lassú. Ezek a lassú lebomlási sebességek a lebomlás okozta település lassú ütemével párosulnak, ami viszont megnehezítheti vagy csökkentheti a felszíni hasznos újrafelhasználás lehetőségét. Nemrégiben jelent meg a bioreaktoros hulladéklerakók koncepciója, amely a csurgalékvíz visszaforgatásával és/vagy kiválasztott folyadékok befecskendezésével növeli a hulladék nedvességtartalmát, ami viszont gyors lebomlást idéz elő. A megnövekedett bomlási sebesség növeli a biogáztermelés sebességét, ami növeli a biogáz befogásából és hasznosításából származó hasznos energiatermelés lehetőségét.