工業廢水厭氧生物處理是指在無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼養微生物）的作用，將廢水中的各種復雜有機物分解轉化成甲烷和二氧化碳等物質的過程，也陳偉厭氧消化。與好氧過程的根本區別在于不以分子態氧作為受氫體，而以化合態氧、碳、硫、氮等作為受氫體。

厭氧生物處理是一個復雜的微生物化學過程，依靠三大主要類群的細菌，即水解產酸細菌、產氫產乙酸細菌和產甲烷細菌的聯合作用完成。因而粗略地將厭氧消化過程劃分為3個連續的階段，即水解酸化階段、產氫產乙酸階段和產甲烷階段。

第一階段為水解酸化階段。復雜的大分子、不溶性有機物先在細胞外酶的作用下水解為小分子、溶解性有機物，然后滲入細胞體內，分解產生揮發性有機酸、醇類、醛類等。這個階段主要產生較高級脂肪酸。

第二階段為產氫產乙酸階段。在產氫產乙酸細菌的作用下，第一階段產生的各種有機酸被分解轉化為乙酸和H2，在降解奇數碳素有機酸時還形成CO2。

第三階段產甲烷階段。產甲烷細菌將乙酸、乙酸鹽、CO2和H2等轉化為甲烷。此過程由兩組生理上不同的產甲烷菌完成，一組把氫和CO2轉化為甲烷，另一組從乙酸和乙酸鹽脫羧產生甲烷，前者占總量的1/3，后者占總量的2/3。

雖然厭氧消化過程可分為以上3個階段，但是在厭氧反應器中，3個階段是同時進行的，并保持某種程度的動態平衡，這種動態平衡一旦被pH值、溫度、有機負荷等外加因素所破壞，則首先將產甲烷階段受到抑制，其結果會導致低級脂肪酸的積存和厭氧進程的異常變化，甚至會導致整個厭氧消化過程停滯。

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