Various pretreatments are commonly adopted to facilitate dissolved organic matter (DOM) release from waste activated sludge (WAS) for high-valued volatile fatty acids (VFAs) promotion, while the interplay impact of DOM dynamics transformation on microbial population and metabolic function traits is poorly understood. This work constructed "DOM-microorganisms-metabolism-VFAs" symbiotic ecologic networks to disclose how DOM dynamics variation intricately interacts with bacterial community networks, assembly processes, and microbial traits during WAS fermentation. The distribution of DOM was altered by different pretreatments, triggering the release of easily biodegradable compounds (O/C ratio > 0.3) and protein-like substance. This alteration greatly improved the substrates biodegradability (higher biological index) and upregulated microbial metabolism capacity (e.g., hydrolysis and fatty acid synthesis). In turn, microbial activity modifications augment substance metabolism level and expedite the conversion of highly reactive compounds (proteins-like DOM) to VFAs, leading to 1.6-4.2 fold rise in VFAs generation. Strong correlations were found between proteins-like DOM and topological properties of DOM-bacteria associations, suggesting that high DOM availability leads to more intricate ecological networks. A change in the way communities assemble, shifting from stronger uniform selection in pH10 and USp reactors to increased randomness in heat reactor, was linked to DOM composition alterations. The ecologic networks further revealed metabolic synergy between hydrolytic-acidogenic bacteria (e.g., Bacteroidota and Firmicutes) and biodegradable DOM (e.g., proteins and amino sugars) leading to higher VFAs generation. This study provides a deeper knowledge of the inherent connections between DOM and microbial traits for efficient VFAs biosynthesis during WAS anaerobic fermentation, offering valuable insights for effective WAS pretreatment strategies.

Heterotrophic-sulfur autotrophic denitrification (HAD) has been proposed to be a prospective nitrogen removal process. In this work, the potential of fermentation liquid (FL) from waste-activated sludge (WAS) as the electron donor for denitrification in the HAD system was explored and compared with other conventional carbon sources. Results showed that when FL was used as a carbon source, over 99% of NO3−-N was removed and its removal rate exceeded 14.00 mg N/g MLSS/h, which was significantly higher than that of methanol and propionic acid. The produced sulfate was below the limit value and the emission of N2O was low (1.38% of the NO3−-N). Microbial community analysis showed that autotrophic denitrifiers were predominated in the HAD system, in which Thiobacillus (16.4%) was the dominant genus. The economic analysis showed the cost of the FL was 0.062 €/m3, which was 30% lower than that in the group dosed with methanol. Our results demonstrated the FL was a promising carbon source for the HAD system, which could reduce carbon emission and cost, and offer a creative approach for waste-activated sludge resource reuse.

Elevating ammonia nitrogen (NH4+-N) levels pose substantial threats to both human health and ecological systems. Employing adsorption as a strategic approach for NH4+-N removal is appealing due to its operational simplicity and high efficiency. Prior studies have successfully harnessed valuable volatile fatty acids through the anaerobic co-fermentation of waste activated sludge (WAS) and orange peel waste (OPW). Nevertheless, the proper disposal of the resulting fermentation residue remains a critical concern. This study highlights the effectiveness of biochar derived from WAS/OPW co-fermentation residue in adsorbing NH4+-N in aquatic environments. The highest NH4+-N removal rates were attained at 9.76, 44.1, 76.0, and 97.8% for biochar dosages of 3, 5, 8, and 10 g/L, respectively. The adsorption of NH4+-N by biochar closely aligns with the Langmuir model and exhibits compatibility with both pseudo-first and pseudo-second kinetic models. This implies a single-layer adsorption process with the simultaneous occurrence of physical and chemical adsorption. Subsequent analysis revealed that, relative to fermentation residue, biochar exhibited a more porous structure post-pyrolysis, with a specific surface area 3.43 times larger, increased pore volume, and additional mesopores. Furthermore, the biochar displayed a higher abundance of functional groups and metal oxides after pyrolysis, collectively contributing to its robust adsorption capability for NH4+-N. This research introduces a promising approach for mitigating NH4+-N pollution in aquatic environments while concurrently enhancing the resource utilization of organic solid waste.

Despite biological wastewater treatment processes (e.g., sequencing batch reactors (SBR)) being able to reduce the dissemination of antibiotic resistance genes (ARGs), the variation of ARGs under exogenous pollutant stress is an open question. This work investigated the impacts of para-chloro-meta-xylenol (PCMX, typical antibacterial contaminants) on ARGs spread in long-term SBR operation. Although the SBR process inherently decreased ARGs abundance, the presence of PCMX substantially amplified both the prevalence (mainly multidrug) and abundance of total ARGs (1.17-fold of the control). Further analysis demonstrated that PCMX disintegrated sludge structures as well as increased membrane permeability, facilitating the release of mobile genetic elements and subsequent horizontal transfer of ARGs. In addition, PCMX selectively enriched potential ARG hosts, notably Nitrospira and Candidatus Accumulibacter, which predominantly served as multidrug ARG hosts. Concurrently, the self-adaptive functions of ARGs hosts in the PCMX-exposed SBR system were activated via quorum sensing, two-component regulatory system, ATP-binding cassette transporters, and bacterial secretion system. The upregulation of these metabolic pathways also contributed to the dissemination of ARGs.