埋立地[a]は、廃棄物を処分するための場所です。これは最も古く、最も一般的な廃棄物処理方法ですが、日常、中間、そして最終段階で覆土を施した廃棄物の体系的な埋立地化は1940年代になってから始まりました。かつては、廃棄物は単に山積みにされたり、穴（考古学では貝塚と呼ばれます）に投げ込まれたりしていました。

埋立地は広大な土地を占有し、環境リスクをもたらします。埋立地の中には、一時保管、集約、移送といった廃棄物管理目的、あるいは選別、処理、リサイクルといった廃棄物処理の様々な段階に利用されているものもあります。埋立地が安定化されていない場合、地震発生時に激しい揺れや液状化が発生する可能性があります。埋立地が満杯になった後、埋立地の上部の土地は他の用途に 再利用される可能性があります。

稼働中の埋立地も、復旧済みの埋立地も、長年にわたって深刻な環境影響を及ぼす可能性があります。これには、気候変動に寄与するガスの放出や、高濃度の汚染物質を含む浸出液の排出が含まれます。

オペレーション

カナダのオンタリオ州ドライデンで使用されている複数の埋立地の1つ
パキスタンのカラチの道路の真ん中に捨てられたゴミ

適切に運営されている非有害廃棄物埋立地の運営者は、以下の技術を適用することで、事前に定義された仕様を満たしています。[1]

  1. 廃棄物をできるだけ小さな領域に閉じ込める
  2. 廃棄物を圧縮して容積を減らす[2]

また、廃棄物を毎日、土や木片、微粒子などの他の材料の層で覆うこともできます。

埋立地作業中、廃棄物収集車両は到着時に計量器または計量橋で計量され、作業員は埋立地の廃棄物受入基準に適合しない廃棄物が積載されていないか検査することがあります。[2]その後、廃棄物収集車両は既存の道路網を利用して傾斜面または作業面まで移動し、そこで積載物を降ろします。積載物が積み込まれた後、圧縮機またはブルドーザーが作業面に廃棄物を広げ、圧縮します。埋立地の境界を離れる前に、廃棄物収集車両は車輪洗浄施設を通過する場合があります。必要に応じて、積載物を降ろした状態で計量橋に戻り、再度計量を行います。計量プロセスにより、毎日搬入される廃棄物のトン数に関する統計が作成され、データベースに保存して記録することができます。一部の埋立地では、トラックに加えて、鉄道コンテナを取り扱う設備を備えている場合があります。「鉄道輸送」を利用することで、多くのトラック輸送に伴う問題を回避し、より遠隔地に埋立地を設置することができます。

通常、作業面では、圧縮された廃棄物は毎日土または代替資材で覆われます。代替の廃棄物被覆材としては、木材チップやその他の「グリーンウェイスト」[3] 、各種の噴霧発泡製品、化学的に「固定」されたバイオソリッド、一時的な毛布などがあります。毛布は夜間に所定の場所に設置し、翌日廃棄物投入前に撤去することができます。圧縮された廃棄物と被覆材が毎日占める空間は、デイリーセルと呼ばれます。廃棄物の圧縮は、埋立地の寿命を延ばす上で非常に重要です。廃棄物の圧縮率、廃棄物層の厚さ、圧縮機による廃棄物上への通過回数などの要因が、廃棄物の密度に影響を与えます。

衛生埋立地のライフサイクル

衛生埋立地図

埋立地という用語は、通常、都市埋立地または衛生埋立地の略称です。これらの施設は20世紀初頭に初めて導入されましたが、1960年代から1970年代にかけて、野積みなどの「不衛生な」廃棄物処理をなくすための取り組みの一環として、広く利用されるようになりました。衛生埋立地は、廃棄物を分離・封じ込めるための人工施設です。衛生埋立地は、微生物が複雑な有機廃棄物を時間をかけてより単純で毒性の低い化合物に分解する生物学的反応槽として設計されています。これらの反応槽は、環境工学分野の規制基準およびガイドラインに従って設計・運用されなければなりません。

好気性分解は、埋立地における廃棄物の分解における最初の段階であることが多い。このプロセスに続いて、嫌気性分解の4段階が進行する。固体有機物は通常、大きな有機分子がより小さな分子に分解されるにつれて急速に分解する。これらの小さな有機分子は溶解し始め、液相に移行する。続いて有機分子は加水分解され、加水分解された化合物は二酸化炭素（CO 2）とメタン（CH 4）に変換・揮発し、残りの廃棄物は固体と液体の状態で残る。

初期段階では、廃棄物中の生分解性有機物の体積が急速に減少するため、浸出液に到達する物質量は非常に少ない。一方、浸出液中の反応性の高い化合物と比較して、難分解性化合物の濃度が上昇するにつれて、浸出液の化学的酸素要求量は増加する。廃棄物の変換と安定化の成功は、微生物群集が共生関係においていかにうまく機能するかにかかっている。[4]

都市埋立地のライフサイクルは、次の5つの異なる段階を経る：[5] [4]

初期調整（フェーズI）

廃棄物が埋立地に投入されると、空隙には多量の分子状酸素（O 2）が含まれます。廃棄物が投入され圧縮されると、埋立地バイオリアクター層のO 2含有量は徐々に減少します。微生物の個体群が増加し、密度が増加します。好気性生分解が優勢となり、主要な電子受容体はO 2となります。

移行（フェーズII）

O 2は既存の微生物群によって急速に分解されます。O 2の減少は、層内の好気性状態を低下させ、嫌気性状態を増加させます。排出ガス中の O 2 は急速にCO 2に置換されるため、遷移期の主な電子受容体は硝酸塩と硫酸塩です。

酸形成（フェーズIII）

固形廃棄物の生分解性部分の加水分解は酸生成相で始まり、浸出液中に揮発性脂肪酸（VFA）が急速に蓄積します。有機酸含有量の増加により、浸出液のpH が約 7.5 から 5.6 に低下します。この段階では、VFA などの分解中間化合物が化学的酸素要求量（COD）に大きく寄与します。長鎖揮発性有機酸（VOA）は酢酸（C 2 H 4 O 2）、CO 2、水素ガス（H 2）に変換されます。高濃度の VFA は生化学的酸素要求量（BOD）と VOA 濃度の両方を上昇させ、発酵細菌による H 2生成を開始し、H 2酸化細菌の成長を刺激します。H 2生成相は酸生成相の終わりまでに完了するため、比較的短くなります。酸生成細菌のバイオマスの増加により、廃棄物の分解量と消費栄養素が増加します。一般的に pH 値が低いほど水溶性が高くなる金属は、この段階で移動性が高まり、浸出液中の金属濃度が上昇する可能性があります。

メタン発酵（フェーズIV）

酸生成段階の中間生成物（酢酸、プロピオン酸、酪酸など）は、メタン生成微生物によってCH 4とCO 2に変換されます。VFAがメタン生成菌によって代謝されると、埋立地の水のpHは中性に戻ります。浸出水の有機物濃度（酸素要求量として表される）は、CH 4とCO 2ガスの発生量の増加に伴い急速に減少します。これは最も長い分解段階です。

最終成熟と安定化（フェーズV）

廃棄物分解の最終段階では、栄養素の供給が化学反応を制限するため、微生物の活動速度は低下します。例えば、生体利用可能なリンがますます不足するなどです。CH 4の生成はほぼ完全に消失し、対流圏から下方に浸透するO 2 とともに、ガス井にO 2 と酸化種が徐々に再出現します。これにより、浸出液中の酸化還元電位（ORP）は酸化プロセスへと変化します。残留有機物は徐々にガス相へと変換され、有機物は堆肥化されます。つまり、有機物は腐植質のような化合物に変換されます。[6]

社会と環境への影響

ハワイの埋立地作業。埋め立て作業が行われているエリアは、明確に区切られた単一の「セル」であり、地層を通って下方に移動する浸出水による汚染を防ぐため、保護用の埋立地ライナーが設置されている（左側に露出） 。

埋立地は様々な問題を引き起こす可能性があります。大型車両によるアクセス道路の損傷など、インフラの混乱が生じる可能性があります。埋立地から搬出される車両の車輪による地域道路や水路の汚染は深刻であり、車輪洗浄システムによって軽減できます。また、 地下水や帯水層の汚染、土壌汚染など、地域環境の汚染も発生する可能性があります。

浸出液

開放型埋立地に雨が降ったり、廃棄物の分解により水が放出されると、水は廃棄物に浸透して懸濁物質や溶解物質で汚染され、廃棄物中に存在する有機物、重金属、有機汚染物質、その他の汚染物質を豊富に含んだ浸出水が形成される。 [7] [8] [9]この浸出水が封じ込められなければ、地下水を汚染する可能性がある。現代の埋立地はすべて、数メートルの厚さの不浸透性ライナー、地質学的に安定した場所、収集システムを組み合わせて使用​​し、この浸出水を封じ込めて捕捉する。その後、浸出水は処理され、蒸発させることができる。埋立地が満杯になると、降雨が埋立地に入り込み、新たな浸出水が形成されるのを防ぐために密閉される。しかし、ライナーの耐用年数は数百年かそれ以上であることが多いが、最終的にはどの埋立地ライナーも漏れる可能性があるため[10]、汚染物質が地下水を汚染するのを防ぐために、埋立地周辺の土壌を浸出水の検査

衛生埋立地における浸出水の水質に関する最大の問題は窒素であり、特にアンモニウム態窒素である[11]。廃棄物の加水分解は、重炭酸塩や酢酸などの炭素種とアンモニウムの放出をもたらす。埋立地の嫌気性環境は、土壌における典型的な窒素除去経路である硝化・脱窒反応の同時進行を阻害するため、浸出水中のアンモニウム蓄積と、1リットルあたり数千ミリグラムを超える濃度につながる可能性がある[7] 。

分解ガス

微生物による有機廃棄物の嫌気性消化により、分解ガス、特にCO2とCH4が生成されます。ガス成分の割合は、利用可能な酸素量に最も大きく依存し、さらに埋立地の築年数、廃棄物の種類、水分含有量、その他の要因によっても異なります。平均して、埋立地ガスの体積濃度の約半分はCH4で、その半分弱はCO2です。好気性分解が進むにつれて、この比率はCO2の割合が増加します。[ 12 ]平均的な埋立地ガスには、さらに約5%の分子状窒素（N2 ）、1%未満の硫化水素（H2S）、および低濃度の非メタン有機化合物（NMOC）、体積比で約2700 ppmが含まれています。[13]生成される埋立地ガスの最大量は、これらの同時反応を考慮した簡略化されたシュウ酸ジエチルの正味反応で示すことができます。[13]

4 C 6 H 10 O 4 + 6 H 2 O → 13 CH 4 + 11 CO 2

ギリシャのアテネにおける廃棄物処理

埋立地ガスは埋立地から漏れ出し、周囲の空気や土壌に放出される。そのため、埋立地はCO2、特にCH4の形で温室効果ガスの重要な発生源となり、世界で3番目に大きなCH4排出源となっている[ 14][15]。また、CH4の地球温暖化係数は、 100年間でCO2に対して29.8±11、20年間で82.5±25.8である[16]。適切に管理された埋立地では、ガスの回収と利用が確実に行われる。これは、ガスを除去するための単純なフレアリングから、発電のための埋立地ガス利用まで多岐にわたる。[17]埋立地ガスを監視することで、作業員は有害レベルまでガスが蓄積していることを警告される。一部の国では、埋立地ガスの回収が広範に行われており、例えば米国では、850以上の埋立地で埋立地ガス回収システムが稼働している[18] 。

その他の迷惑行為

スリランカのゴミ捨て場と触れ合う野生の象の群れ

埋立地におけるその他の潜在的な問題としては、生息地の占拠による野生生物への影響[19]、埋立地廃棄物の摂取による動物の健康被害[20]、粉塵、悪臭、騒音公害[21] 、地域の不動産価値の低下[22]などが挙げられます。適切に管理されていない埋立地は、ネズミやハエなどの媒介動物による感染症の蔓延により、さらに深刻な問題を引き起こす可能性があります。こうした媒介動物の発生は、日常的な覆いによって軽減することができます。[23]

埋立地アフターケア

マサチューセッツ州リホボスの埋め立て地に太陽光発電パネルを設置

埋立地が埋め立てられると、雨水の流入を防ぐため、埋立地の上部にトップライナーまたはキャップが設置されます。その後、埋立地は「アフターケア」段階に入ります。[24]アフターケアでは、ライナーの（再）設置、温室効果ガスの回収、汚染物質を多く含む浸出液の処理を通じて、環境への影響を最小限に抑えます。アフターケアの期間は数十年から永遠と推定されており、オランダでは埋立地1カ所あたりのアフターケア費用は2,000万ユーロ以上と推定されています。[25]

持続可能性

バイオリアクター埋立地

衛生埋立地の実施は、持続可能性に関する課題を提起している。埋立地の寿命が尽き、アフターケア期間に入ると、廃棄物をライナーで密閉する一般的な方法により、埋立地内の汚染物質が制限され、廃棄物が環境要因の影響を受けないようにする。したがって、廃棄物の環境汚染の可能性は埋立地内に維持され、ライナーの交換と浸出水の処理は無期限に必要となる。したがって、オランダなど一部の国では、永久に続く長期的なアフターケアの必要性を考慮している。[25]代替戦略は、埋立地をバイオリアクターとして運用することであり、これは廃棄物に曝気するか[26]浸出水を廃棄物体内に再循環させることにより、分解プロセスを刺激する。[27]バイオリアクター埋立地は、汚染物質の除去を刺激し、汚染物質の排出が環境を脅かさなくなるまで続ける。この時点で、ライナーの設置やガスおよび浸出液の処理は不要になり、コストが大幅に削減され、将来の世代への影響が軽減されます。[28]追加の利点としては、処理期間中にガス生産が促進され、より短い期間でより効率的なエネルギー生成が可能になります。[28]

材料の再生

埋立地は、物質とエネルギーの有効かつ豊富な供給源として捉えることができます。発展途上国では、ウェイストピッカー（廃棄物収集者）がまだ使用可能な物質を探し回ることがしばしばあります。商業的な観点から見ると、企業も埋立地を発見し、多くの企業が物質とエネルギーの採取を始めています。[29]よく知られた例としては、ガス回収施設が挙げられます。[ 30]その他の商業施設には、物質回収機能が組み込まれた廃棄物焼却炉があります。この物質回収は、フィルター（電気フィルター、活性炭・カリウムフィルター、クエンチ、HCl洗浄機、SO2洗浄機、ボトムアッシュグレーティングなど）の使用によって可能になります。

埋立地の修復

キャップが設置され、埋立地が閉鎖された後、その地域はしばしば再利用されます。人気のある代替土地利用としては、レクリエーション目的（例：マウンテンバイクコース[31]）、太陽光パネルを設置した太陽光発電所[32] 、公園[33] 、または居住エリアなどがあります。

地域実践

西オーストラリア州パースの埋立地
香港、新界南東埋立地

カナダ

カナダの埋立地は、州の環境当局と環境保護法によって規制されています。[34] 古い施設は現在の基準に該当する傾向があり、浸出物の監視が行われています。[35]以前の場所のいくつかは公園に転用されています。

欧州連合

フィンランド、オウルのルスコ埋立地

欧州連合では、各国は欧州埋立指令の要件と義務を遵守するための法律を制定する義務があります。

EU加盟国の大多数は、家庭ごみを埋め立て処分することを禁止または厳しく制限する法律を制定している。[36]

インド

インドでは現在、埋立が都市廃棄物処理の主な方法となっています。また、ムンバイのデオナールにはアジア最大の埋立地があります。[37]しかし、埋立地の急激な増加と当局の不適切な管理により、問題が頻繁に発生しています。[38]ここ数年、インドの埋立地では、地表および地下での火災が頻繁に発生しています。[37]

イギリス

英国における埋立慣行は、近年、欧州埋立指令の課題に対応するため、変化を余儀なくされてきました。英国では現在、埋立処分される生分解性廃棄物に対して埋立税を課しています。さらに、イングランドでは地方自治体が埋立処分量（割り当て量）を取引するための埋立処分量取引制度（Landfill Allowance Trading Scheme）が設立されました。ウェールズでは、自治体間での「取引」は認められていませんが、「Landfill Allowance Scheme」と呼ばれる割り当て量（割り当て量）が認められています。

アメリカ合衆国

米国の埋立地は各州の環境局によって規制されており、最低限のガイドラインが定められているが、これらの基準はいずれも米国環境保護庁（EPA）が定めた基準を下回ってはならない。[39]

埋立地の許可には通常5年から7年かかり、数百万ドルの費用がかかり、地元の環境と安全に関する懸念が満たされていることを確認するために、厳密な立地選定、工学、環境調査、実証が必要になります。[40]

種類

微生物に関するトピック

埋立地の微生物群集の状態は、その消化効率を決定する可能性がある。[43]

埋立地ではプラスチックを分解する細菌が発見されている。[44]

代替案

廃棄物削減とリサイクル戦略に加えて、廃棄物焼却、嫌気性消化、堆肥化、機械的生物学的処理、熱分解、プラズマアークガス化など、埋立地に代わる様々な代替手段があります。地域の経済状況やインセンティブ次第で、これらの代替手段は埋立地よりも経済的に魅力的になる可能性があります。

ゼロ・ウェイスト・コンセプトの目標は、埋め立て地の容積を最小限に抑えることです。[45]

制限

ドイツ、オーストリア、スウェーデン、[46] デンマーク、ベルギー、オランダ、スイスなどの国では、未処理の廃棄物の埋め立て処分を禁止しています。[47] これらの国では、特定の有害廃棄物、焼却灰、または機械的生物学的処理施設の安定した出力のみが依然として埋め立て処分される可能性があります。[要出典]

参照

注記

  1. ^ ゴミ捨て場、ゴミ捨て場、ゴミ捨て場、ゴミ捨て場、ゴミ捨て場、または廃棄場とも呼ばれます。

参考文献

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さらに読む

  • 「現代の埋立地」。2015年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年2月21日閲覧。
  • 「1999年4月26日の廃棄物埋立に関する理事会指令1999/31/EC」（PDF） 。 2010年7月5日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2005年8月29日閲覧。
  • 「埋立地運用管理アドバイザー Webベース・エキスパートシステム」。2005年10月30日時点のオリジナルよりアーカイブ。2005年8月29日閲覧。
  • H. Lanier Hickman Jr.とRichard W. Eldredge著、「パート3：衛生埋立地」。米国における過去50年間の固形廃棄物管理の略史。2005年11月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2005年8月29日閲覧。
  • ダニエル・A・ヴァレロ著『環境バイオテクノロジー：バイオシステムアプローチ』第2版。Academic Press、アムステルダム（オランダ）、ボストン（マサチューセッツ州）、書籍ISBN 9780124077768; 電子書籍のISBN 97801240789702015年。
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  • 米国全国廃棄物・リサイクル協会
  • 北米固形廃棄物協会
  • 埋立地運営のためのコンパクトガイド：機械、管理、そして誤解