Hierarhia de gestionare a deșeurilor, recunoscută de mult timp, constă, în ordinea preferințelor, în prevenirea, minimizarea, reciclarea și reutilizarea, tratarea biologică, incinerarea și depozitarea la groapa de gunoi (vezi figura de mai jos).

Ierarhia de gestionare a deșeurilor Figura prezintă ierarhia de gestionare a deșeurilor în ordine sau preferință, începând cu prevenirea, ca fiind cea mai favorabilă, până la eliminarea, ca fiind cea mai puțin favorabilă opțiune. Sursa: Drstuey via Wikimedia Commons

Prevenirea deșeurilor

Alternativa ideală de gestionare a deșeurilor este de a preveni generarea de deșeuri în primul rând. Prin urmare, prevenirea deșeurilor este un obiectiv de bază al tuturor strategiilor de gestionare a deșeurilor. Numeroase tehnologii pot fi utilizate pe parcursul porțiunilor de fabricare, utilizare sau post-utilizare a ciclurilor de viață ale produselor pentru a elimina deșeurile și, la rândul lor, pentru a reduce sau preveni poluarea. Unele strategii reprezentative includ metode de fabricație ecologice care încorporează materiale mai puțin periculoase sau nocive, utilizarea unor sisteme moderne de detectare a scurgerilor pentru depozitarea materialelor, tehnici inovatoare de neutralizare a substanțelor chimice pentru a reduce reactivitatea sau tehnologii de economisire a apei care reduc nevoia de intrări de apă dulce.

Minimizarea deșeurilor

În multe cazuri, deșeurile nu pot fi eliminate în mod direct dintr-o varietate de procese. Cu toate acestea, pot fi implementate numeroase strategii pentru a reduce sau minimiza generarea de deșeuri. Minimizarea deșeurilor, sau reducerea la sursă, se referă la strategiile colective de proiectare și fabricare a produselor sau serviciilor care minimizează cantitatea de deșeuri generate și/sau reduc toxicitatea deșeurilor rezultate. Adesea, aceste eforturi apar ca urmare a identificării unor tendințe sau a unor produse specifice care pot cauza probleme în fluxul de deșeuri și a măsurilor ulterioare luate pentru a stopa aceste probleme. În industrie, deșeurile pot fi reduse prin refolosirea materialelor, prin utilizarea unor materiale de substituție mai puțin periculoase sau prin modificarea componentelor de proiectare și prelucrare. Multe beneficii pot fi realizate prin minimizarea deșeurilor sau reducerea la sursă, inclusiv utilizarea redusă a resurselor naturale și reducerea toxicității deșeurilor.

Strategiile de minimizare a deșeurilor sunt extrem de frecvente în aplicațiile de fabricație; economiile de utilizare a materialelor conservă resursele, dar economisesc și costuri semnificative legate de fabricație. Progresele în domeniul ambalajelor raționalizate reduc utilizarea materialelor, creșterea eficienței distribuției reduce consumul de combustibil și emisiile atmosferice rezultate. Mai mult, materialele de construcție proiectate pot fi adesea concepute cu proprietăți favorabile specifice care, atunci când sunt luate în considerare în proiectarea structurală generală, pot reduce considerabil masa și greutatea totală a materialului necesar pentru o anumită structură. Acest lucru reduce nevoia de materiale în exces și reduce deșeurile asociate cu fabricarea componentelor.

Industria de curățare uscată oferă un exemplu excelent de substituire a produselor pentru a reduce generarea de deșeuri toxice. Timp de decenii, curățătoriile uscate au folosit tetracloroetilena sau „perc” ca solvent pentru curățarea uscată. Deși eficientă, tetracloroetilena este un compus relativ toxic. În plus, acesta este ușor de introdus în mediul înconjurător, unde este foarte recalcitrant datorită proprietăților sale fizice. Mai mult, atunci când are loc degradarea sa, produsele fiice intermediare generate sunt mai toxice pentru sănătatea umană și pentru mediu.

Din cauza toxicității sale și a impactului asupra mediului, industria de curățare uscată a adoptat noi practici și utilizează din ce în ce mai mult produse de înlocuire mai puțin toxice, inclusiv compuși pe bază de petrol. Mai mult, noile tehnologii emergente încorporează dioxid de carbon și alți compuși relativ inofensivi. În timp ce aceste produse de substituție au fost, în multe cazuri, impuse prin reglementări guvernamentale, ele au fost, de asemenea, adoptate ca răspuns la cererile consumatorilor și la alte forțe bazate pe piață.

Reciclare și reutilizare

Reciclarea se referă la recuperarea materialelor utile, cum ar fi sticla, hârtia, materialele plastice, lemnul și metalele din fluxul de deșeuri, astfel încât acestea să poată fi încorporate în fabricarea de noi produse. Odată cu o mai mare încorporare a materialelor reciclate, se reduce utilizarea necesară a materiilor prime pentru aplicații identice. Reciclarea reduce nevoia de exploatare a resurselor naturale pentru materii prime, dar permite, de asemenea, ca deșeurile să fie recuperate și utilizate ca resurse materiale valoroase. Reciclarea deșeurilor conservă în mod direct resursele naturale, reduce consumul de energie și emisiile generate de extracția materialelor virgine și de fabricarea ulterioară a acestora în produse finite, reduce consumul global de energie și emisiile de gaze cu efect de seră care contribuie la schimbările climatice globale și reduce incinerarea sau depozitarea la groapa de gunoi a materialelor care au fost reciclate. În plus, reciclarea generează mai multe beneficii economice, inclusiv potențialul de a crea piețe de muncă și de a stimula creșterea economică.

Materialele reciclate comune includ hârtia, materialele plastice, sticla, aluminiul, oțelul și lemnul. În plus, multe materiale de construcție pot fi refolosite, inclusiv betonul, materialele asfaltice, zidăria și oțelul de armare. Deșeurile pe bază de plante „verzi” sunt adesea recuperate și reutilizate imediat pentru aplicații de mulci sau îngrășăminte. Multe industrii recuperează, de asemenea, diverse subproduse și/sau rafinează și „regenerează” solvenți în vederea reutilizării. Printre exemple se numără recuperarea cuprului și a nichelului din procesele de finisare a metalelor; recuperarea uleiurilor, a grăsimilor și a plastifianților prin extracția cu solvenți din medii de filtrare precum cărbunele activ și argilele; și recuperarea acizilor prin prăjire prin pulverizare, schimb de ioni sau cristalizare. Mai mult, o serie de uleiuri folosite pe bază de alimente sunt recuperate și utilizate în aplicații „biodiesel”.

Numeroase exemple de eforturi de reciclare și reutilizare reușite sunt întâlnite în fiecare zi. În unele cazuri, materialele reciclate sunt utilizate ca materiale de intrare și sunt puternic transformate în produse finale. Printre exemplele comune se numără utilizarea resturilor de hârtie pentru fabricarea de hârtie nouă sau transformarea cutiilor vechi de aluminiu în produse noi din aluminiu. În alte cazuri, materialele recuperate sunt supuse unei prelucrări reduse sau deloc înainte de a fi reutilizate.

Câteva exemple comune includ utilizarea deșeurilor de copaci sub formă de așchii de lemn, sau utilizarea cărămizilor și a altor elemente de fixare în construcții structurale noi. În orice caz, succesul reciclării depinde de colectarea și prelucrarea eficientă a materialelor reciclabile, de piețele pentru reutilizare (de exemplu, producția și/sau aplicațiile care utilizează materiale reciclate), precum și de acceptarea și promovarea de către public a produselor reciclate și a aplicațiilor care utilizează materiale reciclate.

Tratarea biologică

Eliminarea la groapa de gunoi a deșeurilor care conțin fracțiuni organice semnificative este din ce în ce mai descurajată în multe țări, inclusiv în Statele Unite. Astfel de practici de eliminare sunt chiar interzise în mai multe țări europene. Deoarece depozitarea la groapa de gunoi nu reprezintă o opțiune de gestionare atractivă, au fost identificate alte tehnici. Una dintre opțiuni este tratarea deșeurilor astfel încât materialele biodegradabile să fie degradate, iar fracțiunea anorganică rămasă din deșeuri (cunoscută sub numele de reziduuri) să poată fi ulterior eliminată sau utilizată într-un scop benefic.

Biodegradarea deșeurilor poate fi realizată prin utilizarea metodelor de compostare aerobă, digestie anaerobă sau tratare mecano-biologică (MBT). În cazul în care fracțiunea organică poate fi separată de materialul anorganic, se poate utiliza compostarea aerobă sau digestia anaerobă pentru a degrada deșeurile și a le transforma în compost utilizabil. De exemplu, deșeurile organice, cum ar fi deșeurile alimentare, deșeurile de grădină și gunoiul de grajd, care constau în bacterii care se degradează în mod natural, pot fi transformate, în condiții controlate, în compost, care poate fi apoi utilizat ca îngrășământ natural. Compostarea aerobă se realizează prin plasarea unor proporții selectate de deșeuri organice în grămezi, rânduri sau recipiente, fie în condiții deschise, fie în interiorul unor clădiri închise dotate cu sisteme de colectare și tratare a gazelor. În timpul procesului, la deșeuri se adaugă agenți de încărcare, cum ar fi așchii de lemn, pentru a intensifica degradarea aerobă a materialelor organice. În cele din urmă, materialul este lăsat să se stabilizeze și să se maturizeze în timpul unui proces de întărire în care agenții patogeni sunt distruși în același timp. Produsele finale ale procesului de compostare includ dioxidul de carbon, apa și materialul de compost utilizabil.

Materialul de compost poate fi utilizat într-o varietate de aplicații. În plus față de utilizarea sa ca amendament al solului pentru cultivarea plantelor, compostul poate fi utilizat pentru remedierea solurilor, a apelor subterane și a apelor pluviale. Compostarea poate necesita multă muncă, iar calitatea compostului depinde în mare măsură de controlul adecvat al procesului de compostare. Un control necorespunzător al condițiilor de operare poate avea ca rezultat un compost nepotrivit pentru aplicații benefice. Cu toate acestea, compostarea devine din ce în ce mai populară; în 2009, compostarea a îndepărtat 82 de milioane de tone de deșeuri din fluxul de deșeuri de la depozitele de deșeuri, în creștere de la 15 milioane de tone în 1980. Această deviere a prevenit, de asemenea, eliberarea a aproximativ 178 de milioane de tone de dioxid de carbon în 2009 – o cantitate echivalentă cu emisiile anuale de dioxid de carbon a 33 de milioane de automobile.

În unele cazuri, procesele aerobe nu sunt fezabile. Ca alternativă, pot fi utilizate procese anaerobe. Digestia anaerobă constă în degradarea deșeurilor organice amestecate sau sortate în recipiente în condiții anaerobe. Procesul de degradare anaerobă produce o combinație de metan și dioxid de carbon (biogaz) și reziduuri (biosolide). Biogazul poate fi utilizat pentru încălzire și producerea de energie electrică, în timp ce reziduurile pot fi folosite ca îngrășăminte și amendamente pentru sol. Digestia anaerobă este o degradare preferată pentru deșeurile umede, în comparație cu preferința compostării pentru deșeurile uscate. Avantajul digestiei anaerobe este colectarea biogazului; această colectare și utilizarea benefică ulterioară o transformă într-o alternativă preferată la depozitarea deșeurilor la groapa de gunoi. De asemenea, deșeurile sunt degradate mai rapid prin digestia anaerobă, în comparație cu depozitarea la groapa de gunoi.

O altă alternativă de tratare a deșeurilor, tratarea mecano-biologică (MBT), nu este comună în Statele Unite. Cu toate acestea, această alternativă este utilizată pe scară largă în Europa. În timpul punerii în aplicare a acestei metode, deșeurile sunt supuse unei combinații de operațiuni mecanice și biologice care reduc volumul prin degradarea fracțiunilor organice din deșeuri. Operațiunile mecanice, cum ar fi sortarea, mărunțirea și zdrobirea, pregătesc deșeurile pentru tratamentul biologic ulterior, care constă fie în compostarea aerobă, fie în digestia anaerobă. În urma proceselor biologice, masa redusă de deșeuri poate fi supusă incinerării.

Incinerare

Degradarea deșeurilor nu numai că produce produse finale solide utile (cum ar fi compostul), dar subprodusele de degradare pot fi, de asemenea, utilizate ca sursă de energie benefică. După cum s-a discutat mai sus, digestia anaerobă a deșeurilor poate genera biogaz, care poate fi captat și încorporat în producția de energie electrică. Alternativ, deșeurile pot fi incinerate direct pentru a produce energie. Incinerarea constă în arderea deșeurilor la temperaturi foarte ridicate pentru a produce energie electrică. Produsul secundar al incinerării este cenușa, care necesită o caracterizare adecvată înainte de a fi eliminată sau, în unele cazuri, reutilizată în mod benefic. Aceasta este utilizată pe scară largă în țările dezvoltate din cauza limitelor de spațiu pentru depozitele de deșeuri. Se estimează că aproximativ 130 de milioane de tone de deșeuri sunt incinerate anual în peste 600 de instalații din 35 de țări. Mai mult, incinerarea este adesea utilizată pentru a atenua în mod eficient deșeurile periculoase, cum ar fi hidrocarburile clorurate, uleiurile, solvenții, deșeurile medicale și pesticidele.

În ciuda avantajelor, incinerarea este adesea privită negativ din cauza costurilor inițiale ridicate de construcție și a emisiilor de cenușă, care este toxică (a se vedea tabelul de mai sus). În prezent, multe sisteme de „generație următoare” sunt în curs de cercetare și dezvoltare, iar USEPA elaborează noi reglementări pentru a monitoriza cu atenție emisiile atmosferice ale incineratoarelor, în conformitate cu Legea privind aerul curat.

Eliminarea la groapa de gunoi

În ciuda progreselor în materie de reutilizare și reciclare, eliminarea la groapa de gunoi rămâne principala metodă de eliminare a deșeurilor în Statele Unite. După cum s-a menționat anterior, rata de generare a MSW continuă să crească, dar capacitatea totală a depozitelor de deșeuri este în scădere. Noile reglementări privind eliminarea corectă a deșeurilor și utilizarea unor sisteme inovatoare de căptușeală pentru a minimiza potențialul de contaminare a apelor subterane prin infiltrarea și migrarea levigatului au dus la o creștere substanțială a costurilor de eliminare a deșeurilor în depozitele de deșeuri. De asemenea, opoziția publică față de depozitele de deșeuri continuă să crească, inspirată parțial de amintirile legate de practicile istorice de depozitare necontrolată a deșeurilor și de efectele secundare nedorite care rezultă din acestea, cum ar fi vectorii necontrolați, apele subterane contaminate, mirosurile necontrolate și diminuarea ulterioară a valorii proprietăților.

Figura 1: Depozit de deșeuri modern

Depozitele de deșeuri pot fi proiectate și autorizate să accepte deșeuri periculoase în conformitate cu reglementările RCRA Subtitle C, sau pot fi proiectate și autorizate să accepte deșeuri solide municipale în conformitate cu reglementările RCRA Subtitle D. Indiferent de denumirea deșeurilor, depozitele de deșeuri sunt structuri inginerești care constau în sisteme de căptușeală inferioară și laterală, sisteme de colectare și eliminare a levigatului, sisteme de acoperire finală, sisteme de colectare și eliminare a gazelor și sisteme de monitorizare a apelor subterane. Pentru amplasarea, proiectarea și operarea depozitelor de deșeuri este necesar un amplu proces de autorizare. De asemenea, este necesară, de obicei, monitorizarea post-închidere a depozitelor de deșeuri timp de cel puțin 30 de ani. Din cauza designului lor, deșeurile din depozitele de deșeuri sunt degradate anaerob. În timpul degradării, se produce și se colectează biogaz. Sistemele de colectare previn migrarea necontrolată a gazului în subsol și reduc potențialul de apariție a unei situații explozive. Gazul captat este adesea utilizat în instalații de cogenerare pentru încălzire sau producerea de energie electrică. Mai mult, la închidere, multe depozite de deșeuri sunt supuse „reciclării terenurilor” și reamenajate ca terenuri de golf, parcuri de agrement și alte utilizări benefice.

Deșeurile există de obicei în stare uscată în depozitele de deșeuri și, ca urmare, rata de degradare a deșeurilor este de obicei foarte lentă. Aceste rate lente de degradare sunt cuplate cu rate lente de sedimentare indusă de degradare, care, la rândul lor, pot complica sau reduce potențialul de reutilizare benefică a terenurilor la suprafață. Recent, a apărut conceptul de depozite de deșeuri cu bioreactor, care implică recircularea levigatului și/sau injectarea de lichide selecționate pentru a crește umiditatea în deșeuri, ceea ce, la rândul său, induce o degradare rapidă. Ratele crescute de degradare măresc rata de producție de biogaz, ceea ce sporește potențialul de producție de energie benefică din captarea și utilizarea biogazului.

.