Bio-based recovery of organic carbon from municipal waste streams : Process optimization and microbial community dynamics

Abstract

Resource recovery from waste contributes to the transition to a sustainable society. Municipal organic wastes have enormous potential for resource recovery due to the inherent organic content which makes it possible to obtain bio-based chemicals and bioenergy. In view of this, the focus of the current study was on the bio-based recovery of carbon from municipal organic wastes by exploring process optimization and microbial community dynamics of existing and new technologies for the recovery of bio-based products. The study involved two parts: 1) biogas production through direct anaerobic granule-based treatment of mainstream municipal wastewater; and 2) production of bio-based platform chemicals in the form of volatile fatty acids (VFAs) from sewage sludge and other municipal organic wastes through mixed microbiome co-fermentation. This Ph.D. project demonstrated a waste-to-value approach to shifting wastewater treatment plants to biorefineries for recovering valuable carbon resources through both direct anaerobic treatment of municipal wastewater and co-fermentation of municipal organic waste. The application of VFAs for other processes could lead to a bio-based production platform as an alternative to fossil-based processes.Resursåtervinning från avfall bidrar till omställningen till ett hållbart samhälle. Kommunalt organiskt avfall har en enorm potential för resursåtervinning på grund av det inneboende organiska innehållet som gör det möjligt att få fram biobaserade kemikalier och bioenergi. Med tanke på detta låg fokus för den aktuella studien på biobaserad återvinning av kol från kommunalt organiskt avfall genom att utforska processoptimering och dynamik hos mikrobiella samhällen hos befintliga och nya teknologier för återvinning av biobaserade produkter. Studien omfattade två delar: 1) biogasproduktion genom direkt anaerob granulatbaserad rening av kommunalt avloppsvatten; och 2) produktion av nya plattformskemikalier i form av flyktiga fettsyror (VFA) från avloppsslam och annat kommunalt organiskt avfall genom samfermentering av blandad mikrobiom. Detta Ph.D. projekt visade på ett avfall till värde synsätt på att förvandla avloppsreningsverk till bioraffinaderier för att återvinna värdefulla kolresurser genom både direkt anaerob behandling av kommunalt avloppsvatten och samjäsning med kommunalt organiskt avfall. Tillämpningen av VFA för andra processer skulle kunna leda till en biobaserad produktionsplattform som ett alternativ till fossilbaserade processer.QC 2022-03-09</p