厭氧消化(anaerobic digestion)是在無氧條件下，污泥中的有機物由厭氧微生物進(jìn)行降解和穩(wěn)定的過程。
厭氧消化的生化階段
第Ⅰ階段–水解產(chǎn)酸階段
污水中不溶性大分子有機物，如多糖、淀粉、纖維素、烴類（烷、烯、炔等）水解，主要產(chǎn)物為甲、乙、丙、丁酸、乳酸；緊接著氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪水解生成氨和胺，多肽等（所以有的書又把水解產(chǎn)酸分為二個階段）。
第Ⅱ階段–厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣階段
第Ⅰ階段產(chǎn)物甲酸、乙酸、甲胺、甲醇和CO2+H2等小分子有機物在產(chǎn)甲烷菌的作用下，通過甲烷菌的發(fā)酵過程將這些小分子有機物轉(zhuǎn)化為甲烷。所以在水解酸化階段COD、BOD值變化不很大，僅在產(chǎn)氣階段由于構(gòu)成COD或BOD的有機物多以CO2和H2的形式逸出，才使廢水中COD、BOD明顯下降。
在酸化階段，發(fā)酵細(xì)菌將有機物水解轉(zhuǎn)化為能被甲烷菌直接利用的第1類小分子有機物，如乙酸、甲酸、甲醇和甲胺等；第2類為不能被甲烷菌直接利用的有機物，如丙酸、丁酸、乳酸、乙醇等，不完全厭氧消化或發(fā)酵到此結(jié)束。如果繼續(xù)全厭氧過程，則產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸菌將第2類有機物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫氣和乙酸。
第Ⅱ階段生化過程是產(chǎn)甲烷細(xì)菌把甲酸、乙酸、甲胺、甲醇等基質(zhì)通過不同途徑轉(zhuǎn)化為甲烷，其中最主要的基質(zhì)為乙酸。
發(fā)酵條件控制
（1）營養(yǎng)與環(huán)境條件
厭氧要求有機物濃度較高，一般大于1000mg/L以上。所以厭氧適于處理高濃度有機廢水和污泥處理。和好氧生物處理一樣，厭氧處理也要求供給全面的營養(yǎng)，但好氧細(xì)菌增殖快，有機物有50～60%用于細(xì)菌增殖，故對N、P要求高；而厭氧增殖慢，BOD僅有5～10%用于合成菌體，對N、P要求低。
COD∶N∶P＝200∶5∶1或C∶N＝12～16
（好氧COD∶N∶P＝100∶5∶1）
厭氧過程對環(huán)境條件要求比較嚴(yán)格：
Ⅰ、氧化還原電位（φE）與溫度
氧的溶入和氧化態(tài)、氧化劑的存在：Fe3+、Cr2O72-、NO3-、SO42-、PO43-、H+會使體系中電位升高，對厭氧消化不利。
高溫消化–500～600mv，50～55℃
中溫消化–300～380mv，30～38℃
產(chǎn)酸菌對氧還-還電位要求不甚嚴(yán)格＋100～－100mv
產(chǎn)甲烷菌對氧還-還電位要求嚴(yán)格＜－350mv
Ⅱ、pH及堿度
pH主要取決于三個生化階段的平衡狀態(tài)，原液本身的pH和發(fā)酵系統(tǒng)中產(chǎn)生的CO2分壓（20.3～40.5kpa），正常發(fā)酵pH＝7.2～7.4，有機負(fù)荷太大，水解和酸化過程的生化速率大大超過產(chǎn)氣速率。將導(dǎo)致水解產(chǎn)物有機酸的積累使pH下降，抑制甲烷菌的生理機能，使氣化速率銳減，所以原液pH＝6～8，發(fā)酵過程有機酸濃度不超過3000mg/L為佳（以乙酸計）。
HCO3-及NH3是形成厭氧處理系統(tǒng)堿度的主要原因，高的堿度具有較強的緩沖能力，一般要求堿度2000mg/L以上，NH3濃度50～200mg/L為佳。
Ⅲ、毒物–凡對厭氧處理過程起抑制和毒害作用的物質(zhì)都可稱為毒物，無機酸濃度不應(yīng)使消化液pH＜6.8；氨氮濃度不宜高于1500mg/L，其它化學(xué)物質(zhì)的抑制濃度見下表。一般來說，多數(shù)毒物對甲烷細(xì)菌的毒性比對其它細(xì)菌的毒性要大。
| 物 質(zhì) | 抑制濃度 | 物 質(zhì) | 抑制濃度 |
|---|---|---|---|
| S2- | 100 | Al | 50 |
| Cl– | 200 | TNT | 60 |
| Cr+6 | 3 | Na2S2O3 | 200 |
| Cu2+ | 100~250 | 去垢劑 | 100（陽離子型） |
| Cr3+ | 25 | 去垢劑 | 500（陽離子型） |
| CN– | 2~10 | HCHO– | <100 |
（2）工藝操作條件
Ⅰ、生物量–大小以污泥濃度表示，一般介于10～30gvss/L之間，為防止反應(yīng)器中污泥流失，可采用裝入填料介質(zhì)使細(xì)菌附著掛膜，調(diào)節(jié)水流速度或污泥回流量。
Ⅱ、負(fù)荷率–表示消化裝置處理能力的一個參數(shù)，負(fù)荷率有三種表示方法：
①容積負(fù)荷率–反應(yīng)器單位有效容積在單位時間內(nèi)接納的有機物量kg/m3·d。
②污泥負(fù)荷率–反應(yīng)器內(nèi)單位重的污泥在單位時間內(nèi)接納的有機物量kg/kg·d。
③投配率–每天向單位有效容積投加的材料的體積m3/m3·d。
投配率的倒數(shù)為平均停留時間或消化時間，單位為d（天），投配率池可用百分率表示。
負(fù)荷率的影響：
①當(dāng)有機物負(fù)荷率很高時，營養(yǎng)充分，代謝產(chǎn)物有機酸產(chǎn)量很大，超過甲烷菌的吸收利用能力，有機酸積累pH下降，是低效不穩(wěn)定狀態(tài)。
②負(fù)荷率適中，產(chǎn)酸細(xì)菌代謝產(chǎn)物中的有機物（有機酸）基本上能被甲烷菌及時利用，并轉(zhuǎn)化為沼氣，殘存有機酸量僅為幾百毫克/升。pH＝7～7.5，呈弱堿性，是高效穩(wěn)定發(fā)酵狀態(tài)。
③當(dāng)有機負(fù)荷率小，供給養(yǎng)料不足，產(chǎn)酸量偏少，pH＞7.5是堿性發(fā)酵狀態(tài)，是低效發(fā)酵狀態(tài)。
Ⅲ、溫度控制–發(fā)酵要求較高的溫度，每去除8000mg/L的COD所產(chǎn)沼氣，能使水溫升高10℃，一般工藝設(shè)計中溫消化30～35℃。
Ⅳ、pH的控制–當(dāng)液料pH＜6.5或高于8.0，則要調(diào)整液料pH。
pH＜6.8～7，應(yīng)減少有機負(fù)荷率，
pH＜6.5，應(yīng)停止加料，必要時加入石灰中和