Dried raw sludge was pyrolyzed at temperatures ranging from 400 to 600°C at the increase of 50°C intervals to investigate the influence of pyrolysis temperature on properties and environmental safety of heavy metals in biochar derived from municipal sewage sludge. The sludge biochar yield decreased significantly with increasing pyrolysis temperature but the pH, ash content and specific surface area increased. Conversion of sludge to biochar markedly decreased the H/C and N/C ratios. FT-IR analysis confirmed a dramatic depletion of H and N and a higher degree of aromatic condensation in process of biochar formation at higher temperatures. The total concentrations of Cu, Zn, Pb, Cr, Mn, and Ni increased with conversion of sludge to biochar and increasing pyrolysis temperature. However, using BCR sequential extraction and analysis, it was found that most of the heavy metals existed in the oxizable and residual forms after pyrolysis, especially at 600°C, resulting in a significant reduction in their bioavailability, leading to a very low environmental risk of the biochar. The present study indicates pyrolysis is a promising sludge treatment method for heavy metals immobilization in biochar, and highlights the potential to minimize the harmful effects of biochar by controlling pyrolysis temperature.

High-risk antibiotic-resistant bacteria (ARB) and their accompanying antibiotic resistance genes (ARGs) seriously threaten public health. As a crucial medium for ARB and ARGs spread, soils with biogas slurry have been widely investigated. However, few studies focused on high-risk multi-drug resistant bacteria (MDRB) and their associated ARGs. This study examined ARB distribution in different agricultural soils with biogas slurry across 12 districts in China. It identified high-risk MDRB in various soil backgrounds, elucidating their resistance and spread mechanism. The findings revealed that diverse cultured ARB were enriched in soils with biogas slurry, especially soil ciprofloxacin ARB, which were enriched (>2.5 times) in 68.4 % of sampling sites. Four high-risk MDRB isolated from Hebei, Zhejiang, Shanxi, and Gansu districts were identified as severe or opportunistic pathogens, which carried abundant mobile genetic elements (MGEs) and 14 known high risk ARGs, including aac(3)-IId, aac(6')-Ib3, aph(6)-Id, aac(6')-Ib3, aadA1, blaOXA-10, blaTEM-1B, dfrA12, dfrA14, cmlA1, sul1, floR, tet(M) and tet(L). The antibiotics accumulation, diverse ARGs and MGEs enrichment, and proliferation of pathogenic bacteria could be potential driving factors of their occurrence and spread. Therefore, the coexistence of the high-risk MDRB and ARGs combined with the associated MGEs in soils with biogas slurry should be further investigated to develop technology and policy for reducing their negative influences on the effectiveness of clinical antibiotics.

Microorganisms harvest energy from agricultural waste by degrading its structure. By comparing with Trichoderma reesei QM6a in cellulase production, straw deconstruction and transcriptome response, Trichoderma asperellum T-1 was identified to be prioritized for the fermentation of natural straw. Cellulase activity of T-1 was 50%-102% higher than QM6a. And the degradation rate of hemicellulose and ligin in wheat straw by T-1 reached 40% and 42%. Time-driven changes in the gene expression of extracellular proteins involved in polysaccharide, xylan, and hemicellulose metabolism and hydrolysis indicated that T-1 positively responded in both solid state fermentation and submerged fermentation for lignocellulose degradation. A significantly enriched category encoding carbohydrate-binding modules is considered critical for the deconstruction of the natural structure by T-1. The findings highlight the superiority of T. asperellum T-1 in straw fermentation, base on which, the construction of efficient microbial agents is expected to enhance the utilization of biomass.

The construction of S-type heterojunctions for restraining the rapid recombination of photogenerated charges is considered an efficient approach to boost redox capacity. Herein, the growth of CoFe2O4/Fe2O3 S-type heterojunctions on biochar (BC) was accomplished by thermal polymerization-hydrothermal. BC/CoFe2O4/Fe2O3 displayed a wide range of light absorption from 200 to 800 nm and enhanced photocurrent (0.41 μA cm−2). Furthermore, BC/CoFe2O4/Fe2O3 can remove tetracycline (TC) (98.84 %) and Cr(VI) (88.43 %) more efficiently compared to the CoFe2O4 (40.32 % of TC, 68.52 % of Cr(VI)) and Fe2O3 (29.81 % of TC, 53.67 % of Cr(VI)) single counterparts upon 45 min visible light irradiation in the presence of peroxymonosulfate (PMS). Free radical capture experiments revealed that •OH, •O2−, and SO4−• are the primary activated species for the removal of TC and e− is the major activated species for the removal of Cr(VI). Meanwhile, the degradation pathway of TC was monitored via LC-MS and Fukui index calculations. Combining density functional calculations (DFT) with UPS and radical capture tests, the possible mechanism of photocatalytic degradation was proposed. The findings demonstrated the remarkable photocatalytic activity and stability of the photocatalyst, evidencing the potential of BC/CoFe2O4/Fe2O3 for practical wastewater treatment.