A series of batch tests were conducted to investigate the effects of pH and intermediate products on biological hydrogen production. The tests were run in serum bottles to determine the optimal operating conditions to maximize hydrogen production using sucrose and starch as organic substrates. Apart from hydrogen, variations in pH, volatile fatty acids, and solvent concentrations were also monitored. Initial pH was found to have a profound effect on both hydrogen production potential and hydrogen production rate. A mixed microbial culture was involved in the fermentation process with H2, propionate, acetate, butyrate, and CO2 as major products. The lowest initial pH of 4.5 gave the highest specific hydrogen production potentials of 214.0ml H2/g chemical oxygen demand (COD) and 125.0ml H2/g COD for sucrose and starch respectively, but with the lowest specific hydrogen production rate. Although hydrogen production started earlier with the high production rate at a higher initial pH, the duration of the production was shorter. The rapid pH depletion could have caused a metabolic alteration of the microorganisms involved in hydrogen production, thereby resulting in the shift of intermediates production pathway [variation of the acetate/butyrate (HAc/HBu) ratio] and a consequent decrease in hydrogen production. The specific hydrogen production rate was highest for the pH range of 5.5–5.7. For the optimum pH range, the HAc/HBu ratio was in the range of 3–4 for both sucrose and starch. The findings of this study can be applied in the design of a high rate hydrogen bioreactor.

Energy is an indispensable part of modern society and can serve as one of the most important indicators of socio-economic development. Despite advancements in technology, however, some three billion people, primarily in the rural areas of developing countries, continue to meet their energy needs for cooking through traditional means by burning biomass resources (i.e., firewood, crop residues and animal dung) in crude traditional stoves. Such practices are known to be the source of significant environmental, social, economic and public health issues. To achieve sustainable development in these regions, it is imperative that access to clean and affordable (renewable) energy is made available. Within this context, upgrading existing biomass resources (i.e., animal manure, crop residues, kitchen waste and green wastes) to cleaner and more efficient energy carriers (such as biogas from anaerobic digestion) has unique potential to provide clean and reliable energy, while simultaneously preserving the local and global environment. In spite of its significant potential to serve developing nations, however, the high costs and lack of expertise in installation and maintenance of biogas technology preclude widespread adoption in geographically isolated communities. Concerted efforts from both governmental and non-governmental sectors are absolutely essential in facilitating modernization and dissemination of biogas technology to harness the inherent potential that is currently underutilized and unexploited. The intent of this paper seeks to highlight the present status, challenges, and potential of biogas technology to advocate for further research, development and dissemination of the concept in developing countries.

Approximately one-third of all food produced for human consumption worldwide is wasted. The current waste management practices are not only costly but also have adverse impact on environment. In this study, black soldier fly (BSF) (Hermetia illucens) larvae were grown on food wastes to produce fat and protein-rich BSF prepupae as a novel strategy for efficient organic waste management. The lipid content in BSF prepupae was characterized for fatty acids profile. Whole BSF prepupae, pressed cake, and meal were analyzed for important animal feed characteristics. BSF-derived oil has high concentration of medium chain saturated fatty acids (67% total fatty acids) and low concentration of polyunsaturated fatty acids (13% total fatty acids), which makes it potentially an ideal substrate for producing high quality biodiesel. BSF (prepupae, pressed cake, and meal) has feed value comparable to commercial feed sources. Thus, the bioconversion of organic waste into BSF prepupae has significant potential in generating high-value products with simultaneous waste valorization.

Extracellular polymeric substances (EPS) of microbial sludge play a crucial role in removal of organic micropollutants during biological wastewater treatment. In this study, we examined ciprofloxacin (CIP) removal in three parallel bench-scale reactors using aerobic sludge (AS), anaerobic sludge (AnS), and sulfate-reducing bacteria (SRB) sludge. The results showed that the SRB sludge had the highest specific CIP removal rate via adsorption and biodegradation. CIP removal by EPS accounted up to 35. 6 ± 1.4%, 23.7 ± 0.6%, and 25.5 ± 0.4% of total removal in AS, AnS, and SRB sludge systems, respectively, at influent CIP concentration of 1000 μg/L, which implied that EPS played a critical role in CIP removal. The binding mechanism of EPS on CIP adsorption in three sludge systems were further investigated using a series of batch tests. The results suggested that EPS of SRB sludge possessed stronger hydrophobicity (proteins/polysaccharides (PN/PS) ratio), higher availability of adsorption sites (binding sites ( n)), and higher binding strength (binding constant ( Kb)) between EPS and CIP compared to those of AS and AnS. The findings of this study provide an insight into the role of EPS in biological process for treating CIP-laden wastewaters.

The denitrifying sulfur (S) conversion-associated enhanced biological phosphorus removal (DS-EBPR) process for treating saline wastewater is characterized by its unique microbial ecology that integrates carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P), and S biotransformation. However, operational instability arises due to the numerous parameters and intricates bacterial interactions. This study introduces a two-stage interpretable machine learning approach to predict S conversion-driven P removal efficiency and optimize DS-EBPR process. Stage one utilized the XGBoost regression model, achieving an

Electrochemical pretreatment (EPT) has shown to be superior in improving acidogenic co-fermentation (Co-AF) of waste activated sludge (WAS) and food waste (FW) for volatile fatty acids (VFAs). However, the influence of EPT electrode materials on the production of electrogenerated oxidants (such as singlet oxygen (1O2) and reactive chlorine species (RCS)), as well as their effects on properties of electrodes, the microbial community structure and functional enzymes remain unclear. Therefore, this study investigated the effects of various metal oxide coated electrodes (i.e., Ti/PbO2, Ti/Ta2O5-IrO2, Ti/SnO2-RuO2, and Ti/IrO2-RuO2) on EPT and subsequent Co-AF of WAS-FW. The results showed that EPT with Ti/PbO2, Ti/Ta2O5-IrO2, Ti/SnO2-RuO2 and Ti/IrO2-RuO2 electrodes generated 165.3–848.2 mg Cl2/L of RCS and 5.643 × 1011–3.311 × 1012 spins/mm3 of 1O2, which significantly enhanced the solubilization and biodegradability of WAS-FW by 106.4 %–233.6 % and 177.3 %–481.8 %, respectively. Especially with Ti/Ta2O5-IrO2 as the electrode material, an appropriate residual RCS (2.0–10.4 mg Cl2/L) remained in Co-AF step, resulted in hydrolytic and acidogenic bacteria (e.g., Prevotella_7, accounting for 78.9 %) gradually become dominant rather than methanogens (e.g., Methanolinea and Methanothrix) due to their different tolerance to residual RCS. Meanwhile, the functional gene abundances of hydrolytic and acidogenic enzymes increased, while the methanogenic enzymes deceased. Consequently, this reactor produced the highest VFAs up to 545.5 ± 36.0 mg COD/g VS, which was 101.8 % higher than that of the Control (without EPT). Finally, the economic analysis and confirmatory experiments further proved the benefits of WAS-FW Co-AF with EPT.