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理論研究認為三個階段，即厭氧消化過程分為水解發酵階段、產乙酸產氫階段、產甲烷階段三部分。
水解發酵階段和產乙酸產氫階段又可合稱為酸性發酵階段。在這個階段，污水中的復雜有機物，在酸性腐化菌或產酸菌的作用下，分解成簡單的有機物，如有機酸，醇類等，以及CO2、NH3和H2S等無機物。由于有機酸的積累，污水的pH值下降到6以下。此后，由于有機酸和含氮化合物的分解，產生碳酸鹽和氨等使酸性減退，pH值回升到6.6～6.8左右。
⑴水解酸化階段。污水中復雜的大分子、不溶性的有機物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，水解產生揮發性有機酸、醇類及醛類等。
⑵產氫產乙酸階段。在產氫產酸菌的作用下，各種有機酸分解轉化為乙酸、氫和二氧化碳。
⑶產甲烷階段。產甲烷菌將乙酸、氫及二氧化碳轉化為甲烷。
厭氧消化工藝由普通厭氧消化法演變發展為厭氧接觸法（厭氧活性污泥法）、生物濾池法、上流式厭氧污泥床反應器（UASB）、厭氧流化床、復合厭氧法等，其中普通消化池法、厭氧接觸法等為代厭氧反應器，生物濾池法、UASB、厭氧流化床等為二代厭氧反應器，隨著厭氧技術的發展，由UASB衍生的EGSB和IC（內循環）厭氧反應器為三代厭氧反應器。
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