Identification of critical issues and development of strategies to increase the environmental sustainability of textile districts in Europe

Abstract

(English) The textile industry is highly water-intensive, consuming 200-400 liters of freshwater per kg of product, making it the EU's 3rd largest water consumer. The Textile BAT Reference document (TXT Bref) highlights the volume of water discharged and its chemical load as key environmental concerns applicable throughout the European Union, including Italy and Spain. This study examines water-related challenges in the textile districts of Prato (Italy) and Catalonia (Spain), aiming to develop strategies for enhanced sustainability through innovative wastewater management, resource recycling, and sludge treatment. TXT BAT conclusions introduced associated emission levels (BAT-AELs) for direct and indirect wastewater discharges. Consequently, textile companies characterized by indirect discharge will be supposed to respect the BAT-AELs of certain contaminants unless the downstream wastewater treatment plant (WWTP) can abate these contaminants. In this study, mass balance calculations of two WWTPs located in Prato were conducted to verify that the removal of specific pollutants primarily originating from textile processes resulted from an effective treatment process and not merely a dilution effect with domestic wastewater. The findings confirmed the effective removal of critical compounds like COD, BiAS, sulfides, phenols, and hydrocarbons. Contaminants like Zn, Cu, Ba, Crtot, and Sb showed >50% removal efficiency, though results varied with sampling procedures. TXT BAT conclusions promote reuse and recycling to reduce freshwater use and wastewater generation. Prato, home to Europe’s largest wastewater recycling plant, faces challenges with high hardness in reclaimed water from Baciacavallo WWTP. It was demonstrated that an ultrafiltration-nanofiltration (UF-NF) pilot plant can reduce water hardness by more than 98%, regardless of the operating conditions. Furthermore, a simplified steady-state model of the chloride cycle revealed that replacing ion-exchange resin technology, used in Prato for water softening, with a UF-NF system leads to a substantial reduction in chloride concentration, enabling the reuse of reclaimed wastewater for other purposes such as irrigation. This research demonstrated that NF can treat dyeing wastewater and reuse the permeate for the dyeing process, thereby avoiding freshwater consumption and recovering salts. To this end, a laboratory NF pilot plant was employed to treat and reuse wastewater from the dyeing of cotton with reactive dyes. Permeate reuse had no impact on the final product's color reproducibility and allowed saving up to 24% of NaCl and 32% of Na2CO3. Moreover, electrochemical oxidation was applied to treat the NF concentrate, resulting in a color degradation level exceeding 95%. This outcome suggests the potential for the reuse of the concentrate, accompanied by the recovery of additional resources. Textile sludge (TXS) disposal, mainly via landfilling or incineration, is an environmental challenge. Therefore, in this work, biochemical methane potential (BMP) tests were conducted on three types of sludge (i.e., municipal, textile, and mixed) to assess anaerobic digestion (AD) as a potential sustainable treatment alternative. The results demonstrated the feasibility and benefits of AD for the valorization of TXS, with co-digestion as a promising approach to maximize biogas production efficiency. Finally, the study addressed microplastic (MP) pollution, proposing a method to quantify and identify MPs in wastewater. Understanding WWTP efficiency in MP removal supports efforts to mitigate emerging environmental concerns. The study outlines strategies to improve the environmental sustainability of textile districts. By adopting technologies like NF and AD, industries could reduce resource use, enhance wastewater treatment, and recover byproducts. It also highlights the need to tackle issues like microplastics with advanced monitoring, promoting sustainable practices in the European textile sector.

(Català) La indústria tèxtil és intensiva en aigua. Amb un consum de 200-400 litres d'aigua per kg de producte, és el 3r major consumidor d’aigua de la UE. El document de referència sobre les millors tècniques disponibles per a la indústria tèxtil (TXT Bref) destaca que el volum i la càrrega química de l'aigua descarregada són preocupacions ambientals clau a la UE, incloses Itàlia i Espanya. Aquest estudi aborda els reptes relacionats amb l'aigua als districtes tèxtils de Prato (Itàlia) i Catalunya (Espanya), buscant desenvolupar estratègies de sostenibilitat mitjançant una gestió innovadora de les aigües residuals, el reciclatge de recursos i el tractament de llots. Les conclusions del TXT BAT introdueixen nivells d'emissió associats (BAT-AELs) per a les descàrregues directes i indirectes d'aigües residuals. Les empreses tèxtils amb descàrregues indirectes hauran de complir aquests nivells, llevat que l’estació depuradora d'aigües residuals (EDAR)que rebi els seus efluents pugui eliminar els contaminants. En aquest estudi, es van realitzar càlculs de balanç de massa en dues EDAR de Prato per verificar que l'eliminació de contaminants originats pels processos tèxtils fos el resultat d'un procés de tractament eficaç i no només de la dilució. Els resultats van confirmar l'eliminació de compostos com DQO, BiAS, sulfurs, fenols i hidrocarburs, i una reducció superior al 50% de Zn, Cu, Ba, Crtot i Sb , tot i que els resultats variaven segons els procediments de mostreig. Les conclusions del TXT BAT promouen la reutilització i el reciclatge per reduir l'ús d'aigua potable i la generació d'aigües residuals. Prato, on es troba la major planta de reciclatge d'aigües residuals d'Europa, s'enfronta a problemes relacionats amb l'elevada duresa de les aigües residuals procedents de la planta de Baciacavallo. Es va demostrar que una planta pilot d'ultrafiltració-nanofiltració (UF-NF) redueix la duresa de l'aigua en més del 98%, independentment de les condicions operatives. Un model simplificat del cicle del clorur va mostrar que substituir la tecnologia de resines d'intercanvi iònic, utilitzada a Prato per a l'estovament de l'aigua, per UF-NF redueix la concentració de clorurs, permetent l'ús de l'aigua reciclada per a reg. La investigació també va demostrar que la NF pot tractar aigües residuals de tintura i reutilitzar el permeat en el propi procés de tintura, evitant el consum d'aigua descalcificada i recuperant sals. En un pilot de NF, el tractament i reutilització d'aigües residuals de la tintura de cotó amb colorants reactius va presentar un estalvi de fins al 24% de NaCl i un 32% de Na2CO3 sense afectar la reproducibilitat del color. A més, es va aplicar una oxidació electroquímica sobre el concentrat de NF, aconseguint una degradació del color superior al 95%, el que suggereix la viabilitat de la seva reutilització i la recuperació de recursos. La disposició de llots tèxtils (TXS) en abocadors o la seva incineració presenta reptes ambientals. Es van realitzar proves de potencial bioquímic de metà (BMP) en tres tipus de llots (municipals, tèxtils i mixtes) per avaluar la digestió anaeròbica (AD) com a alternativa sostenible. Els resultats van demostrar la viabilitat de la AD per a la valorització dels TXS, amb la codigestió com a enfocament prometedor per maximitzar l'eficiència de la producció de biogàs. Finalment, l'estudi va abordar la contaminació per microplàstics (MP), proposant un mètode per quantificar-los a les aigües residuals. Comprendre l'eficiència de les EDAR en l'eliminació de MPs és crucial per mitigar aquesta preocupació emergent. Aquest estudi proposa estratègies per millorar la sostenibilitat ambiental dels districtes tèxtils mitjançant tecnologies com la NF i la AD, reduint l'ús de recursos, millorant el tractament d'aigües residuals i recuperant subproductes. També destaca la necessitat d'abordar la presència de microplàstics amb un monitoratge avançat, promovent pràctiques sostenibles al sector tèxtil europeu.

(Español) La industria textil es intensiva en agua. Con un consumo de 200-400 litros de agua por kg de producto, es el 3º mayor consumidor de agua de la UE. El documento de referencia sobre las mejores técnicas disponibles para la industria textil (TXT Bref) destaca que el volumen y carga química del agua descargada son preocupaciones ambientales clave en la UE, incluidas Italia y España. Este estudio aborda los desafíos relacionados con el agua en los distritos textiles de Prato (Italia) y Cataluña (España), buscando desarrollar estrategias de sostenibilidad mediante la gestión innovadora de aguas residuales, el reciclaje de recursos y el tratamiento de lodos. Las conclusiones del TXT BAT introducen niveles de emisión asociados (BAT-AELs) para las descargas directas e indirectas de aguas residuales. Las empresas textiles con descargas indirectas deberán cumplir con estos niveles, a menos que una estación depuradora (EDAR) instalada aguas abajo pueda eliminar los contaminantes. En este estudio, se realizaron cálculos de balance de masa en dos EDAR de Prato para verificar que la eliminación de contaminantes originados en procesos textiles fuera el resultado de un tratamiento eficaz y no solo debido a la dilución. Los resultados confirmaron la eliminación de compuestos como DQO, BiAS, sulfuros, fenoles e hidrocarburos, y reducciones superiores al 50% de Zn, Cu, Ba, Crtot y Sb , aunque los resultados variaron según los procedimientos de muestreo. Las conclusiones del TXT BAT promueven la reutilización y reciclaje para reducir el uso de agua potable y la generación de aguas residuales. Prato, donde se encuentra la mayor planta de reciclaje de aguas residuales de Europa, se enfrenta a problemas relacionados con la elevada dureza de las aguas residuales procedentes de la planta de Baciacavallo. Se demostró que una planta piloto de ultrafiltración-nanofiltración (UF-NF) reduce la dureza del agua en más del 98%, independientemente de las condiciones operativas. Un modelo simplificado del ciclo del cloruro mostró que reemplazar la tecnología de resinas de intercambio iónico, utilizada en Prato para el ablandamiento del agua, por UF-NF reduce la concentración de cloruros, permitiendo el uso del agua reciclada para riego. La investigación también demostró que la NF puede tratar aguas residuales de tintura y reutilizar el permeado en el propio proceso de tintura, evitando el consumo de agua descalcificada y recuperando sales. En un piloto de NF, el tratamiento y reutilización de aguas residuales de la tintura de algodón con colorantes reactivos mostró un ahorro de hasta un 24% de NaCl y un 32% de Na2CO3 sin afectar la reproducibilidad del color. Además, se aplicó una oxidación electroquímica sobre el concentrado de NF, logrando una degradación del color superior al 95%, lo que sugiere la viabilidad de su reutilización y la recuperación de recursos. La disposición de lodos textiles (TXS) en vertederos o su incineración presenta desafíos ambientales. Se realizaron pruebas de potencial bioquímico de metano (BMP) en tres tipos de lodos (municipales, textiles y mixtos) para evaluar la digestión anaeróbica (AD) como tratamiento sostenible. Los resultados demostraron la viabilidad de la AD para la valorización de TXS, con la codigestión como enfoque prometedor para maximizar la producción de biogás. Finalmente, el estudio abordó la contaminación por microplásticos (MP), proponiendo un método para cuantificarlos en aguas residuales. Comprender la eficiencia de las EDAR en la eliminación de MPs es crucial para mitigar esta preocupación emergente. Este estudio propone estrategias para mejorar la sostenibilidad ambiental de los distritos textiles mediante tecnologías como la NF y la AD, reduciendo el uso de recursos, mejorando el tratamiento de aguas residuales y recuperando subproductos. También resalta la necesidad de abordar la presencia de microplásticos con monitoreo avanzado, promoviendo prácticas sostenibles en el sector textil europeo.