Although landfill is suspected to be releasing microplastics to the environment, there is few empirical researches carried out. To clarify suspicions of landfills as potential sources of microplastics, twelve leachate samples from four active and two closed municipal solid waste landfills were investigated. Microplastics were found in all the landfill leachate samples. In total, seventeen different types of plastics were identified in the leachate samples with calculated concentration ranging from 0.42 to 24.58 items/L. Polyethylene and polypropylene were the predominant polymer types. 99.36% microplastics were derived from the fragmentation of plastic waste buried in landfills. The size of 77.48% microplastics was between 100 and 1000 μm. The study shows that the generation, accumulation and release of microplastic in landfills is a long-term process. The results of our study provide preliminary evidence and validate that landfill isn't the final sink of plastics, but a potential source of microplastics.

The addition of 0.5–1 mm biostable biochar (10 g/L) to mesophilic anaerobic digesters inoculated with crushed granules (1 g-VS/L) and fed with 4, 6 and 8 g/L glucose shortened the methanogenic lag phase by 11.4%, 30.3% and 21.6% and raised the maximum methane production rate by 86.6%, 21.4% and 5.2%, respectively, compared with the controls without biochar. 75 μm biochar further shortened the lag phase by 38.0% and increased the methane production rate by 70.6% at 6 g/L glucose loading. Biochar also simultaneously enhanced the production and degradation of intermediate acids. The fingerprint and sequencing analysis used to examine the spatial distribution and temporal evolution of communities revealed that proportion of Archaea was higher in the biochar-added treatments and in the tightly-bound fractions. Methanosarcina located in the tightly-bound fractions on the biochar surface, and was most abundant in the larger 2–5 mm biochar particles. Methanosaeta was enriched in the loosely-bound fractions by all-size biochar particles and within the tightly-bound fractions by small biochar particles. Because biochar is cost-effective and can remain in digestate for direct use as soil amendment without separation, eco-compatible biochar may serve as a good substrate for highly-loaded digestion by inducing selective colonization of functional microbes.

This investigation evaluated the effectiveness of biochar of different particle sizes in alleviating ammonium (NH4+) inhibition (up to 7 g-N/L) during anaerobic digestion of 6 g/L glucose. Compared to the control treatment without biochar addition, treatments that included biochar particles 2–5 mm, 0.5–1 mm and 75–150 μm in size reduced the methanization lag phase by 23.9%, 23.8% and 5.9%, respectively, and increased the maximum methane production rate by 47.1%, 23.5% and 44.1%, respectively. These results confirmed that biochar accelerated the initiation of methanization during anaerobic digestion under double inhibition risk from both ammonium and acids. Furthermore, fine biochar significantly promoted the production of volatile fatty acids (VFAs). Comparative analysis on the archaeal and bacterial diversity at the early and later stages of digestion, and in the suspended, biochar loosely bound, and biochar tightly bound fractions suggested that, in suspended fractions, hydrogenotrophic Methanobacterium was actively resistant to ammonium. However, acetoclastic Methanosaeta can survive at VFAs concentrations up to 60–80 mmol-C/L by improved affinity to conductive biochar, resulting in the accelerated initiation of acetate degradation. Improved methanogenesis was followed by the colonization of the biochar tightly bound fractions by Methanosarcina. The selection of appropriate biochar particles sizes was important in facilitating the initial colonization of microbial cells.

Sludge dewatering has proven to be an effective method to reduce the volume of sludge. In this study, a novel stratification approach aimed at better understanding the factors influencing the sludge dewaterability (as determined by capillary suction time, CST) was developed. The sludge flocs from 14 different full-scale wastewater treatment plants (WWTPs), including sewage, leachate, industry, and special-source sludge, were stratified through centrifugation and ultrasound into five layers: (1) supernatant, (2) slime, (3) loosely bound extracellular polymeric substances (LB-EPS), (4) tightly bound EPS (TB-EPS), and (5) pellet. The results showed that the distribution pattern of proteins (PN) in the sludge flocs differed from that of polysaccharides (PS). The normalized CST correlated with PN (R2 > 0.72, p < 0.01) and PN/PS (R2 > 0.51, p < 0.01) in the supernatant, slime, and LB-EPS, but not with PN and PN/PS in the pellet and the sludge flocs as a whole or with PS in any of the fractions and or the sludge flocs as a whole. The results suggest that PN and PN/PS in the supernatant and slime layers, which are usually decanted due to their assumed lower content of organic matter, markedly impact sludge dewaterability.

Dissolved organic matter (DOM) plays an important role in heavy metal migration from municipal solid waste (MSW) to aquatic environments via the leachate pathway. In this study, fluorescence excitation-emission matrix (EEM) quenching combined with parallel factor (PARAFAC) analysis was adopted to characterize the binding properties of four heavy metals (Cu, Pb, Zn and Cd) and DOM in MSW leachate. Nine leachate samples were collected from various stages of MSW management, including collection, transportation, incineration, landfill and subsequent leachate treatment. Three humic-like components and one protein-like component were identified in the MSW-derived DOM by PARAFAC. Significant differences in quenching effects were observed between components and metal ions, and a relatively consistent trend in metal quenching curves was observed among various leachate samples. Among the four heavy metals, Cu(II) titration led to fluorescence quenching of all four PARAFAC-derived components. Additionally, strong quenching effects were only observed in protein-like and fulvic acid (FA)-like components with the addition of Pb(II), which suggested that these fractions are mainly responsible for Pb(II) binding in MSW-derived DOM. Moreover, the significant quenching effects of the FA-like component by the four heavy metals revealed that the FA-like fraction in MSW-derived DOM plays an important role in heavy metal speciation; therefore, it may be useful as an indicator to assess the potential ability of heavy metal binding and migration.

Abstract Sewage sludge biochars were obtained at different pyrolysis temperatures from 300°C to 900°C and their macro- and microscale properties were analyzed. The biochar's plant-available nutrients and humus-like substances in the water-extractable phase and fixed nutrients in the solid fraction were evaluated for their potential agronomic implications. FT-IR, Raman, XRD, XPS and SEM techniques were used to investigate the chemical structure, functional groups and microcrystal structure on the surface of the biochar. The results revealed minor chemical changes and dramatic mass loss in the biochar obtained at 300–500°C, whereas significant chemical changes in the biochar were obtained at 600–900°C. The concentrations of plant-available nutrients as well as fulvic- and humic-acid-like materials decreased in the biochar samples obtained at higher temperatures. These results implied that the biochar samples pyrolyzed at 300–500°C could be a direct nutrient source and used to neutralize alkaline soil. The surface area and porosity of the biochar samples increased with temperature, which increased their adsorption capacity. Rearrangement occurred at higher temperature 600–900°C, resulting in the biochar becoming increasingly polyaromatic and its graphite-like carbon becoming organized.