Burgeoning concerns on the adverse environmental impacts of fossil-derived products are propelling the pursuit of material production from sustainable resources. Resource recovery from waste is a key component of meeting the environmental sustainability agendas set by the United Nations. Municipal organic wastes present a significant opportunity for resource recovery due to their inherent organic content. Volatile fatty acids (VFAs), the intermediary products of anaerobic digestion of waste streams, can serve as building block chemicals with a wide range of applications. Meanwhile, microbiologically produced biopolymers called polyhydroxyalkanoates (PHAs) hold an enormous potential as an alternative to petrochemical-based plastics, given their comparable physiochemical properties, biodegradability and biocompatibility. In view of this, the focus of this thesis was on bio-based VFA production from food waste (FW) and PHA production from municipal organic waste by exploring process optimization and microbial community dynamics of mono and co-cultures as well as mixed microbial cultures (MMCs).

The link between different inocula, retention time and pH on VFA production from FW was elucidated. This part of the study employed three distinct inocula under initial acidic (pH 5) and alkaline (pH 10) conditions for a period of 30 days. 

Waste-derived VFAs were employed for mono and co-culture PHA biosynthesis with bacteria, Cupriavidus necator, Burkholderia cepacia and Bacillus megaterium. The highest PHA yields of 78 ± 5.7% of cell dried weight (CDW) was obtained with C. necator and a PHA yield of 55 ± 3.7% of CDW was achieved with B. cepacia. 

In the next part of the study, activated sludge MMC was enriched over short (3 and 5 days) periods in combination with bioaugmentation of C. necator and B. cepacia in both mono and co-culture modes. While bioaugmentation did not increase the total PHA accumulation capacity, the microbial composition of the different bioreactors was modified. 

This Ph.D. project provided insights on recovery of biobased materials from waste. Manipulation of the microbial communities in the MMCs can be a critical parameter to enhance the overall efficacy as well as to tailor the composition of the end products. 

En växande oro för de negativa miljöeffekterna av fossilbaserade produkter driver strävan efter materialproduktion från hållbara resurser. Resursåtervinning från avfall är en nyckelkomponent för att uppfylla FN:s miljöpolitiska hållbarhetsagendor. Kommunalt organiskt avfall utgör en betydande möjlighet till resursåtervinning på grund av sitt inneboende organiska innehåll. Flyktiga fettsyror (VFA), mellanprodukter från anaerob rötning av avfallsströmmar, kan fungera som byggstenskemikalier med ett brett spektrum av tillämpningar. Samtidigt har mikrobiologiskt framställda biopolymerer som kallas polyhydroxialkanoater (PHA) en enorm potential som ett alternativ till petrokemiskt baserad plast, med tanke på deras jämförbara fysiokemiska egenskaper, biologiska nedbrytbarhet och biokompatibilitet. Mot bakgrund av detta låg fokus för denna avhandling på biobaserad VFA-produktion från matavfall (FW) och PHA-produktion från kommunalt organiskt avfall genom att utforska processoptimering och mikrobiell gemenskapsdynamik hos mono- och samkulturer samt blandade mikrobiella kulturer (MMC).Kopplingen mellan olika inokula, retentionstid och pH på VFA-produktion från FW klargjordes. Denna del av studien använde tre distinkta inokula under initiala sura (pH 5) och alkaliska (pH 10) betingelser under en period av 30 dagar.Avfallshärledda VFAs användes för mono- och samodling av PHA-biosyntes med bakterier, Cupriavidus necator, Burkholderia cepacia och Bacillus megaterium. De högsta PHA-utbytena på 78  5,7 % av celltorkad vikt (CDW) erhölls med C. necator och ett PHA-utbyte på 55  3,7 % av CDW uppnåddes med B. cepacia.I nästa del av studien berikades aktivt slam MMC under korta (3 och 5 dagar) perioder i kombination med bioaugmentation av C. necator och B. cepacia i både mono- och samodling. Även om bioaugmentering inte ökade den totala PHA-ackumuleringskapaciteten, modifierades den mikrobiella sammansättningen av de olika bioreaktorerna.Denna Ph.D. projektet gav insikter om återvinning av biobaserat material från avfall. Manipulering av de mikrobiella samhällena i MMC:erna kan vara en kritisk parameter för att förbättra den totala effektiviteten samt för att skräddarsy sammansättningen av slutprodukterna.