Den sedan länge erkända hierarkin för hantering av avfall består i prioriterad ordning av förebyggande, minimering, återvinning och återanvändning, biologisk behandling, förbränning och deponering (se figur nedan).

Hierarki för avfallshantering Figuren visar hierarkin för hantering av avfall i ordning eller preferens, med början med förebyggande som det mest gynnsamma till bortskaffande som det minst gynnsamma alternativet. Källa: Drstuey via Wikimedia Commons

Förebyggande av avfall

Det idealiska alternativet för avfallshantering är att förhindra uppkomsten av avfall från början. Därför är förebyggande av avfall ett grundläggande mål för alla avfallshanteringsstrategier. Ett stort antal tekniker kan användas under hela produktlivscykelns tillverkning, användning eller efter användning för att eliminera avfall och i sin tur minska eller förhindra föroreningar. Några representativa strategier är miljömedvetna tillverkningsmetoder som innehåller mindre farliga eller skadliga material, användning av moderna system för upptäckt av läckage vid lagring av material, innovativa tekniker för neutralisering av kemikalier för att minska reaktiviteten eller vattenbesparande teknik som minskar behovet av tillförsel av färskvatten.

Avfallsminimering

I många fall kan avfall inte helt och hållet elimineras från en mängd olika processer. Många strategier kan dock genomföras för att minska eller minimera avfallsproduktionen. Avfallsminimering, eller källreduktion, avser de kollektiva strategierna för utformning och tillverkning av produkter eller tjänster som minimerar mängden genererat avfall och/eller minskar toxiciteten hos det resulterande avfallet. Ofta är dessa ansträngningar resultatet av identifierade trender eller specifika produkter som kan orsaka problem i avfallsflödet och de åtgärder som därefter vidtas för att stoppa dessa problem. Inom industrin kan avfallet minskas genom återanvändning av material, användning av mindre farliga ersättningsmaterial eller genom att ändra komponenter i konstruktion och bearbetning. Många fördelar kan uppnås genom avfallsminimering eller källminskning, bland annat minskad användning av naturresurser och minskad toxicitet hos avfallet.

Strategier för avfallsminimering är ytterst vanliga i tillverkningstillämpningar; besparingar av materialanvändning bevarar resurser men sparar också betydande tillverkningsrelaterade kostnader. Framsteg inom strömlinjeformade förpackningar minskar materialanvändningen, ökad distributionseffektivitet minskar bränsleförbrukningen och de därav följande luftutsläppen. Vidare kan konstruerade byggnadsmaterial ofta utformas med specifika gynnsamma egenskaper som, när de beaktas i den övergripande strukturella utformningen, kraftigt kan minska den totala massan och vikten av det material som behövs för en viss konstruktion. Detta minskar behovet av överskottsmaterial och minskar avfallet i samband med tillverkningen av komponenter.

Rengöringsindustrin är ett utmärkt exempel på produktsubstitution för att minska uppkomsten av giftigt avfall. I årtionden använde kemtvättar tetrakloretylen, eller ”perc”, som lösningsmedel för kemtvätt. Även om det är effektivt är tetrakloretylen en relativt giftig förening. Dessutom är den lätt att föra in i miljön, där den på grund av sina fysikaliska egenskaper är mycket svårnedbrytbar. När den bryts ned är de dotterprodukter som bildas mer giftiga för människors hälsa och miljön.

På grund av dess giftighet och miljöpåverkan har kemtvättbranschen antagit nya metoder och använder sig i allt större utsträckning av mindre giftiga ersättningsprodukter, bland annat petroleumbaserade föreningar. Vidare innehåller ny framväxande teknik koldioxid och andra relativt ofarliga föreningar. Även om dessa ersättningsprodukter i många fall har krävts av regeringen, har de också införts som svar på konsumenternas krav och andra marknadsbaserade krafter.

Recykling och återanvändning

Recykling avser återvinning av användbara material som glas, papper, plast, trä och metaller från avfallsströmmen så att de kan införlivas i tillverkningen av nya produkter. Med ökad inblandning av återvunna material minskar den nödvändiga användningen av råvaror för identiska tillämpningar. Återvinning minskar behovet av att exploatera naturresurser för råvaror, men gör det också möjligt att återvinna avfallsmaterial och använda det som värdefulla materialresurser. Återvinning av avfall sparar direkt naturresurser, minskar energiförbrukningen och utsläppen från utvinning av jungfruliga material och den efterföljande tillverkningen av färdiga produkter, minskar den totala energiförbrukningen och utsläppen av växthusgaser som bidrar till de globala klimatförändringarna samt minskar förbränningen eller deponeringen av de material som har återvunnits. Dessutom skapar återvinning flera ekonomiska fördelar, inklusive potentialen att skapa arbetsmarknader och driva tillväxt.

Andra återvunna material är bland annat papper, plast, glas, aluminium, stål och trä. Dessutom kan många byggmaterial återanvändas, bland annat betong, asfaltmaterial, murverk och armeringsstål. ”Grönt” växtbaserat avfall återvinns ofta och återanvänds omedelbart som mulch eller gödningsmedel. Många industrier återvinner också olika biprodukter och/eller raffinerar och ”återskapar” lösningsmedel för återanvändning. Exempel på detta är återvinning av koppar och nickel från metallbearbetningsprocesser, återvinning av oljor, fetter och mjukgörare genom lösningsmedelsextraktion från filtermedia som aktivt kol och lera samt återvinning av syror genom sprutrostning, jonbyte eller kristallisering. Dessutom återvinns en rad använda livsmedelsbaserade oljor och används i ”biodiesel”-tillämpningar.

Omtaliga exempel på framgångsrika återvinnings- och återanvändningsinsatser förekommer varje dag. I vissa fall används de återvunna materialen som insatsmaterial och bearbetas kraftigt till slutprodukter. Vanliga exempel är användning av pappersskrot för ny papperstillverkning eller bearbetning av gamla aluminiumburkar till nya aluminiumprodukter. I andra fall genomgår återvunna material liten eller ingen bearbetning innan de återanvänds.

Några vanliga exempel är användning av trädrester som träflis eller användning av tegel och andra inventarier i nya strukturella konstruktioner. I vilket fall som helst beror återvinningens framgång på effektiv insamling och bearbetning av återvinningsmaterial, marknader för återanvändning (t.ex. tillverkning och/eller tillämpningar som utnyttjar återvunnet material) samt allmänhetens acceptans och främjande av återvunna produkter och tillämpningar som utnyttjar återvunnet material.

Biologisk behandling

Det avråds alltmer från att deponera avfall som innehåller betydande organiska fraktioner på en soptipp i många länder, även i Förenta staterna. Sådana deponeringsmetoder är till och med förbjudna i flera europeiska länder. Eftersom deponering inte är ett attraktivt hanteringsalternativ har andra tekniker identifierats. Ett alternativ är att behandla avfallet så att biologiskt nedbrytbara material bryts ned och den återstående oorganiska avfallsfraktionen (så kallade restprodukter) kan senare bortskaffas eller användas för ett fördelaktigt ändamål.

Biologisk nedbrytning av avfall kan åstadkommas med hjälp av aerob kompostering, anaerob nedbrytning eller mekanisk biologisk behandling (MBT). Om den organiska fraktionen kan separeras från oorganiskt material kan aerob kompostering eller anaerob nedbrytning användas för att bryta ned avfallet och omvandla det till användbar kompost. Till exempel kan organiskt avfall som matavfall, trädgårdsavfall och djurgödsel som består av naturligt nedbrytande bakterier under kontrollerade förhållanden omvandlas till kompost, som sedan kan användas som naturligt gödningsmedel. Aerob kompostering sker genom att man placerar utvalda proportioner av organiskt avfall i högar, rader eller kärl, antingen under öppna förhållanden eller i slutna byggnader som är utrustade med system för uppsamling och behandling av gaser. Under processen tillsätts bulkmedel, t.ex. träflis, till avfallsmaterialet för att öka den aeroba nedbrytningen av organiskt material. Slutligen tillåts materialet att stabiliseras och mogna under en härdningsprocess där patogener samtidigt förstörs. Slutprodukterna från komposteringsprocessen är koldioxid, vatten och det användbara kompostmaterialet.

Kompostmaterial kan användas i en mängd olika tillämpningar. Förutom att användas som jordförbättring för växtodling kan komposten användas för att sanera mark, grundvatten och dagvatten. Kompostering kan vara arbetsintensiv, och kompostens kvalitet är starkt beroende av att komposteringsprocessen kontrolleras på rätt sätt. Otillräcklig kontroll av driftförhållandena kan resultera i kompost som är olämplig för nyttiga tillämpningar. Kompostering blir dock alltmer populärt. Kompostering ledde 2009 till att 82 miljoner ton avfallsmaterial avleddes från deponier, vilket är en ökning från 15 miljoner ton 1980. Denna avledning förhindrade också att cirka 178 miljoner ton koldioxid släpptes ut 2009 – en mängd som motsvarar de årliga koldioxidutsläppen från 33 miljoner bilar.

I vissa fall är aeroba processer inte genomförbara. Som ett alternativ kan anaeroba processer användas. Anaerob nedbrytning består av nedbrytning av blandat eller sorterat organiskt avfall i kärl under anaeroba förhållanden. Den anaeroba nedbrytningsprocessen producerar en kombination av metan och koldioxid (biogas) och restprodukter (biosolider). Biogasen kan användas för uppvärmning och elproduktion, medan restprodukterna kan användas som gödningsmedel och jordförbättringsmedel. Anaerob nedbrytning är att föredra för vått avfall jämfört med kompostering för torrt avfall. Fördelen med anaerob nedbrytning är att biogas samlas in; denna insamling och det efterföljande fördelaktiga utnyttjandet gör den till ett föredraget alternativ till deponering av avfall. Dessutom bryts avfallet ned snabbare genom anaerob nedbrytning jämfört med deponering.

Ett annat alternativ för avfallshantering, mekanisk biologisk behandling (MBT), är inte vanligt i USA. Detta alternativ används dock i stor utsträckning i Europa. Vid genomförandet av denna metod utsätts avfallsmaterialet för en kombination av mekaniska och biologiska åtgärder som minskar volymen genom nedbrytning av organiska fraktioner i avfallet. Mekaniska åtgärder som sortering, strimling och krossning förbereder avfallet för efterföljande biologisk behandling, som antingen består av aerob kompostering eller anaerob nedbrytning. Efter de biologiska processerna kan den reducerade avfallsmassan utsättas för förbränning.

Förbränning

Avfallsnedbrytning ger inte bara användbara fasta slutprodukter (t.ex. kompost), utan nedbrytningsbiprodukterna kan också användas som en nyttig energikälla. Som diskuterats ovan kan anaerob nedbrytning av avfall generera biogas, som kan fångas upp och användas för elproduktion. Alternativt kan avfallet förbrännas direkt för att producera energi. Förbränning innebär att avfallet förbränns vid mycket höga temperaturer för att producera elektrisk energi. Biprodukten vid förbränning är aska, som kräver en ordentlig karakterisering innan den kan bortskaffas eller i vissa fall återanvändas på ett fördelaktigt sätt. Förbränning används i stor utsträckning i utvecklade länder på grund av begränsat utrymme på deponier. Det uppskattas att omkring 130 miljoner ton avfall förbränns årligen i mer än 600 anläggningar i 35 länder. Vidare används förbränning ofta för att effektivt begränsa farligt avfall som klorerade kolväten, oljor, lösningsmedel, medicinskt avfall och bekämpningsmedel.

Trots fördelarna betraktas förbränning ofta negativt på grund av de höga initiala byggkostnaderna och utsläppen av aska, som är giftig (se tabell ovan). För närvarande undersöks och utvecklas många ”nästa generations” system, och USEPA håller på att utarbeta nya bestämmelser för att noggrant övervaka förbränningsanläggningarnas luftutsläpp enligt Clean Air Act.

Landfill Disposal

Trots framstegen i fråga om återanvändning och materialåtervinning förblir deponering av avfall den främsta avfallshanteringsmetoden i Förenta staterna. Som tidigare nämnts fortsätter produktionen av fast hushållsavfall att öka, men den totala deponeringskapaciteten minskar. Nya bestämmelser om korrekt avfallshantering och användningen av innovativa linersystem för att minimera risken för förorening av grundvattnet genom infiltration och migration av lakvatten har resulterat i en betydande ökning av kostnaderna för deponering av avfall. Allmänhetens motstånd mot deponier fortsätter också att öka, delvis inspirerat av minnen av historiska okontrollerade dumpningsmetoder och de oönskade bieffekter som följer av okontrollerade vektorer, förorenat grundvatten, okontrollerade lukter och därefter minskade fastighetsvärden.

Figur 1: Modern deponering

Lagringsanläggningar kan utformas och tillåtas för att ta emot farligt avfall i enlighet med RCRA Subtitle C-reglerna, eller så kan de utformas och tillåtas för att ta emot fast kommunalt avfall i enlighet med RCRA Subtitle D-reglerna. Oavsett vilken typ av avfall som avses är deponier konstruerade konstruktioner som består av botten- och sidobäddningssystem, system för uppsamling och avlägsnande av lakvatten, sluttäckningssystem, system för uppsamling och avlägsnande av gas samt system för övervakning av grundvattnet. Det krävs ett omfattande tillståndsförfarande för att välja plats, utforma och driva deponier. Det krävs också vanligtvis övervakning av deponier efter stängning i minst 30 år. På grund av sin konstruktion bryts avfallet i deponier anaerobt ned. Under nedbrytningen produceras och samlas biogas. Uppsamlingssystemen förhindrar okontrollerad gasmigration under markytan och minskar risken för explosiva förhållanden. Den insamlade gasen används ofta i kraftvärmeanläggningar för uppvärmning eller elproduktion. När deponier stängs genomgår många deponier dessutom ”markåtervinning” och utvecklas till golfbanor, rekreationsparker och andra nyttiga användningsområden.

Avfall finns vanligen i ett torrt tillstånd i deponier, och som ett resultat av detta är nedbrytningstakten för avfallet vanligen mycket långsam. Dessa långsamma nedbrytningshastigheter är kopplade till långsamma nedbrytningsinducerade sättningar, vilket i sin tur kan försvåra eller minska möjligheterna till återanvändning av mark på ytan. På senare tid har konceptet med bioreaktordeponier dykt upp, vilket innebär att lakvatten återcirkuleras och/eller att utvalda vätskor sprutas in för att öka fuktigheten i avfallet, vilket i sin tur leder till en snabb nedbrytning. Den ökade nedbrytningshastigheten ökar biogasproduktionen, vilket ökar potentialen för nyttig energiproduktion från insamling och användning av biogas.