埋立地

廃棄物が埋立地に投入されると、空隙には大量の分子状酸素（O₂）が含まれます_。廃棄物が追加され圧縮されるにつれて、埋立地バイオリアクター層のO₂_含有量は徐々に減少します。微生物群集は増殖し、密度が増加します。好気性生分解が優勢となり、すなわち、主要な電子受容体はO₂となり_ます。

酸素_{は既存の微生物群によって急速に分解される。酸素の}減少は、層内の好気性環境を低下させ、嫌気性環境を増加させる。排出ガス中の_{二酸化炭素によって酸素}が急速に置き換えられるため、この移行期における主要な電子受容体は硝酸塩と硫酸塩である。

固形廃棄物の生分解性部分の加水分解は酸生成段階で始まり、浸出液中に揮発性脂肪酸（VFA）が急速に蓄積されます。有機酸含有量の増加により、浸出液のpHは約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、および水素ガス（H ₂）に変換されます。VFAの高濃度は生化学的酸素要求量（BOD）とVOA濃度の両方を増加させ、発酵細菌によるH _{2生成を開始させ、H 2}酸化細菌の増殖を刺激します。H _{2生成段階は、酸生成段階の終了までに完了するため、比較的短いです。}酸生成細菌のバイオマスの増加は、廃棄物の分解量と栄養素の消費量を増加させます。一般的にpH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増加する可能性がある。

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CH₄とCO₂に変換されます_。揮発_{性脂肪酸（VFA）がメタン生成菌によって代謝されるにつれて、埋立地水のpHは中性に戻ります。酸素要求量で表される浸出液の有機物濃度は、 CH₄}とCO₂_ガスの生成量が増加するにつれて急速に低下します。これは最も長い分解段階です。

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、微生物の活動速度が低下します。例えば、生物利用可能なリンがますます不足するようになります。CH _{4 の}生成はほぼ完全に消失し、O _{2 が}対流圏から下方へ浸透するにつれて、ガス井戸にO _{2と酸化種が徐々に再び現れます。これにより、浸出液の}酸化還元電位 (ORP) が酸化プロセスに変化します。残留有機物は徐々に気相に変換され、有機物が堆肥化されるにつれて、つまり有機物が腐植物質のような化合物に変換されます。^{[ 6 ]}

降雨が開放型の埋立地に降り注いだり、廃棄物の分解によって水が放出されたりすると、水は廃棄物を浸透し、懸濁物質や溶解物質で汚染され、有機物、重金属、有機汚染物質、および廃棄物中に存在するその他の汚染物質が濃縮された浸出液が形成されます。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}これが封じ込められないと、地下水が汚染される可能性があります。現代のすべての埋立地では、数メートルの厚さの不透水性ライナー、地質学的に安定した場所、および収集システムを組み合わせて、この浸出液を封じ込めて回収しています。その後、処理して蒸発させることができます。埋立地がいっぱいになると、降雨が埋立地に入り込んで新しい浸出液が形成されるのを防ぐために、埋立地は封鎖されます。ただし、ライナーには寿命があり、多くの場合数百年以上ですが、最終的にはどの埋立地ライナーも漏出する可能性があります^{[ 10 ]} 。そのため、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液について検査する必要があります。

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、特にアンモニウム態窒素である。^{[ 11 ]}廃棄物の加水分解により、重炭酸塩や酢酸などの炭素種とアンモニウムが放出される。埋立地に存在する嫌気性環境では、土壌における典型的な窒素除去経路である硝化脱窒が起こらないため、浸出水中にアンモニウムが蓄積し、濃度が1リットルあたり数千ミリグラムを超えることがある。^{[ 7 ]}

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 CO ₂と CH ₄が生成されます。ガス成分の割合は、主に利用可能な酸素に依存し、さらに埋立地の経過年数、廃棄物の種類、水分含有量、その他の要因によって変化します。平均的には、埋立地ガスの体積濃度の約半分が CH ₄であり、半分よりわずかに少ないのが CO ₂です。好気性分解が進むにつれて、この比率は CO _{2の方にシフトします。} ^{[ 12 ]}平均的な埋立地ガスには、さらに約 5% の分子状窒素 (N ₂ )、1% 未満の硫化水素(H ₂ S)、および低濃度の非メタン有機化合物 (NMOC)、体積で約 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ジエチルオキサレートの簡略化された正味反応によって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

埋立地ガスは埋立地から漏れ出し、周囲の空気や土壌に拡散する可能性があります。そのため、埋立地はCO ₂や特に CH ₄の形で温室効果ガスの重要な発生源となっており、埋立地は世界で3 番目に大きな CH _{4排出源です}^{[ 14 ] [ 15 ]}。CH _{4 の}地球温暖化係数は、100 年間で CO ₂に対して 29.8 ± 11、20年間で 82.5 ± 25.8 です^{[ 16 ]} 。適切に管理された埋立地では、ガスの収集と利用が保証されます。これには、ガスを処分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の利用までが含まれます^{[ 17 ]}。埋立地ガスを監視することで、作業員は有害なレベルまでガスが蓄積していることを警告されます。一部の国では、埋立地ガスの回収が広範囲にわたって行われています。たとえば、米国では、850 を超える埋立地で埋立地ガス回収システムが稼働しています。^{[ 18 ]}

埋立地の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の撹乱^{[ 19 ]}、埋立地からの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 ]}、および地域の不動産価値の低下^{[ 22 ]}などが挙げられる。管理の行き届いていない埋立地は、感染症を媒介するネズミやハエなどのベクターによってさらに迷惑になる可能性がある。このようなベクターの発生は、毎日覆土を行うことで軽減できる^{[ 23 ]}。

衛生埋立の慣行は、持続可能性に関して課題を提起します。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封するという一般的な慣行により、埋立地内の汚染物質が制限され、廃棄物が環境要因によって抑制されるのを妨げます。そのため、廃棄物が環境を汚染する可能性は埋立地内に維持され、ライナーの交換と浸出液の処理は無期限の要件となります。したがって、オランダなどの一部の国では、永久に至るまでの長期アフターケアの必要性を考えています。^{[ 25 ]}代替戦略は、廃棄物を曝気するか^{[ 26 ]}、または廃棄物本体を通して浸出液を再循環させることによって分解プロセスを促進するバイオリアクターとして埋立地を運用することです。^{[ 27 ]}バイオリアクター埋立地は、汚染物質の排出がもはや環境を脅かさなくなるまで汚染物質の除去を促進します。この段階では、ライナーの設置やガスおよび浸出液の処理は不要となり、コストを大幅に削減し、将来の世代への影響を軽減できます。^{[ 28 ]}さらに、活性処理期間中にガス生成が促進されるため、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 ]}

埋立地は、実行可能で豊富な材料とエネルギーの供給源として扱うことができる。発展途上国では、廃棄物回収業者がまだ使用可能な材料を拾い集めることが多い。商業的な文脈では、企業も埋立地を発見し、多くの企業が材料とエネルギーの回収を開始している。^{[ 29 ]}よく知られている例としては、ガス回収施設がある。^{[ 30 ]}その他の商業施設には、材料回収機能が組み込まれた廃棄物焼却炉がある。この材料回収は、フィルター（電気フィルター、活性炭およびカリウムフィルター、クエンチ、HCl洗浄機、SO2_洗浄機、底灰格子など）の使用によって可能になる。

覆土と埋立地の閉鎖後、その地域はしばしば別の用途に転用されます。一般的な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 ]}）、ソーラーパネルを設置してソーラーアレイファームを作る^{[ 32 ]} 、公園^{[ 33 ]} 、または居住エリアなどがあります。

カナダの埋立地は、州の環境機関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、浸出が監視されています。^{[ 35 ]}かつての埋立地の中には、公園用地に転換されたものもあります。

欧州連合では、各加盟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を負っている。

EU加盟国の大半は、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 ]}

埋め立ては現在、インドにおける都市ごみ処理の主要な方法である。インドにはアジア最大のごみ処分場がムンバイのデオナールにある。^{[ 37 ]}しかし、埋め立て地の驚異的な増加率と当局による管理の不備により、問題が頻繁に発生している。^{[ 38 ]}過去数年間、インドの埋め立て地では地表および地中で火災が頻繁に発生している。^{[ 37 ]}

近年、英国における埋め立て処理方法は、欧州埋め立て指令の課題に対応するため、変更を余儀なくされてきた。英国では現在、埋め立て地に投棄される生分解性廃棄物に対して埋め立て税が課されている。これに加え、イングランドでは地方自治体が埋め立て割当量を取引できる埋め立て割当取引制度が設立された。ウェールズでは異なる制度が運用されており、自治体間での「取引」はできないものの、埋め立て割当制度と呼ばれる割当量が定められている。

米国の埋立地は各州の環境機関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ます。ただし、これらの基準は米国環境保護庁（EPA）が定めた基準を下回ってはなりません。^{[ 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、地域の環境と安全上の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、工学および環境調査と実証が必要となります。^{[ 40 ]}