Volatile fatty acids (VFAs), the carbon source of biological nutrients removal, can be produced by waste activated sludge (WAS) anaerobic fermentation. However, because of high protein content and low carbon to nitrogen mass ratio (C/N) of WAS, the production of VFAs, especially propionic acid, a more preferred VFA than acetic acid for enhanced biological phosphorus removal (EBPR), is limited. After the addition of carbohydrate (rice was used as the model matter) to the WAS anaerobic fermentation system to balance the C/N ratio, the effect of pH on WAS protein conversion and VFAs production was investigated in this paper. Experimental results showed that the addition of carbohydrate matter caused a remarkable enhancement of WAS protein conversion and protease activity, and an apparent synergistic effect between WAS and carbohydrate matter was observed. The study of pH effect revealed that pH influenced not only the total VFAs production but the percentage of individual VFA. The maximal VFAs production (520.1 mg COD per gram of volatile suspended solids (VSS)) occurred at pH 8.0 and a fermentation time of 8 d, which was more than three times that at uncontrolled pH (150.2 mg COD/g VSS). The analysis of the composition of VFAs showed that propionic acid ranked first at pH 6.0-9.0 (around 50%) whereas acetic acid was the dominant product at other pHs investigated. Thus, the suitable conditions for propionic acid-enriched VFAs production were pH 8.0 and a time of 8 d. Further investigation showed that as there was more fermentation substrate consumption with lower biogas generation at pH 8.0, improved VFAs production was observed. Also, the key enzymes relevant to propionic acid formation exhibited the highest activities at pH 8.0, which resulted in the greatest propionic acid content in the fermentative VFAs. The 16S rRNA gene clone library demonstrated that Clostridia, beta-Proteobacteria, and Bacteroidetes were the dominant microbial community when the current anaerobic fermentation system was operated at pH 8.0. With the fermentative VFAs as the additional carbon source of municipal wastewater, the EBPR performance was significantly increased.

Recently, the application of microbial fuel cells (MFCs) with cost-effective and long durable cathodic catalysts to generate electricity sustainably, has drawn much attention. This study investigated the use of nitrogen-doped carbon nanotubes (NCNTs) as the cathodic catalyst for oxygen reduction in MFCs to produce electricity efficiently and durably. The obtained maximum power density was 1600 ± 50 mW m−2, which was higher than the commonly used platinum (Pt) catalyst (Pt/C) (1393 ± 35 mW m−2). Also, the drop percentage of power densities with NCNTs was lower than with Pt/C over 25 cycles, indicating that MFCs with NCNTs as the cathodic catalyst could generate electricity more durably than those with Pt/C. Further investigation of the mechanisms revealed that MFCs with the bamboo-shaped and vertically aligned NCNTs had lower internal resistance and higher cathode potentials. Rotating ring-disk electrode voltammogram, Raman microspectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopic analyses suggested that NCNTs possessed a higher electrocatalytic activity for the oxygen reduction reaction (ORR) via a four-electron pathway in neutral pH phosphate buffer solution (PBS). Cyclic voltammograms on NCNTs and Pt/C electrodes before and after a continuous potentiodynamic swept in neutral PBS demonstrated that NCNTs had a better durability for cathodic ORR than Pt/C, which drove MFCs with NCNTs to generate electricity durably.

ADVERTISEMENT RETURN TO ISSUEPREVViewpointNEXTDilemma of Sewage Sludge Treatment and Disposal in ChinaLeiyu Feng, Jingyang Luo, and Yinguang Chen*View Author Information State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, School of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, 200092, China*Phone: 86-21-65981263; fax: 86-21-65986313; e-mail: [email protected]Cite this: Environ. Sci. Technol. 2015, 49, 8, 4781–4782Publication Date (Web):April 6, 2015Publication History Received2 February 2015Published online6 April 2015Published inissue 21 April 2015https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5b01455https://doi.org/10.1021/acs.est.5b01455newsACS PublicationsCopyright © 2015 American Chemical Society. This publication is available under these Terms of Use. Request reuse permissions This publication is free to access through this site. Learn MoreArticle Views10355Altmetric-Citations222LEARN ABOUT THESE METRICSArticle Views are the COUNTER-compliant sum of full text article downloads since November 2008 (both PDF and HTML) across all institutions and individuals. These metrics are regularly updated to reflect usage leading up to the last few days.Citations are the number of other articles citing this article, calculated by Crossref and updated daily. Find more information about Crossref citation counts.The Altmetric Attention Score is a quantitative measure of the attention that a research article has received online. Clicking on the donut icon will load a page at altmetric.com with additional details about the score and the social media presence for the given article. Find more information on the Altmetric Attention Score and how the score is calculated. Share Add toView InAdd Full Text with ReferenceAdd Description ExportRISCitationCitation and abstractCitation and referencesMore Options Share onFacebookTwitterWechatLinked InRedditEmail PDF (693 KB) Get e-AlertscloseSUBJECTS:Manufacturing,Organic compounds,Sludges,Water treatment Get e-Alerts

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.