厌氧生物处理是在工业污水处理中较普遍的一种处理技术。厌氧生物处理是在无氧条件下，通过厌氧菌和兼性菌的代谢作用，对有机物进行生化降解的处理方法。用作生物处理的厌氧菌需有数种菌种接替完成，整个生化过程分为两个阶段。

第一阶段是酸性发酵阶段。在分解初期，厌氧菌活动中的分解产物为有机酸、醇、CO₂、NH₃、H₂S以及其他一些硫化物，这时废水发出臭气。如果废水中含有铁质，则生成硫化铁等黑色物质，使废水呈黑色。此阶段内有机酸大量积累，pH下降，故称为酸性发酵阶段。参与此阶段的细菌称为产酸细菌。

第二阶段是碱性发酵阶段，又称甲烷发酵阶段。由于所产生的NH3的中和作用，废水的pH逐渐上升，这时另一群统称为甲烷细菌的厌氧菌开始分解有机酸和醇，产物主要为CH₄和CO₂，此时随着甲烷细菌的繁殖，有机酸迅速分解，pH迅速上升，所以又称碱性发酵阶段。

厌氧生物处理的产物为气体，以CH₄和CO₂为主，另有少量的H₂S和H₂。

相比于好氧生物处理，好氧生物处理效率高。但好氧生物处理的能耗较高，剩余污泥量较多，特别不适宜处理高浓度有机废水和污泥。厌氧生物处理和好氧生物处理的显著差别在于：一是不需供氧；二是产物为热值很高的甲烷气体，可用作清洁能源；三是特别适宜于处理城市污水处理厂的污泥和高浓度有机工业废水。

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