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厭氧處理是利用厭氧菌的作用，去除廢水中的有機物，通常需要時間較長。
厭氧過程可分為水解階段、酸化階段和甲烷化階段。
水解酸化的產物主要是小分子有機物，使廢水中溶解性有機物顯著提高，而微生物對有機物的攝取只有溶解性的小分子物質才可直接進入細胞內，而不溶性大分子物質首先要通過胞外酶的分解才得以進入微生物體內代謝。例如天然膠聯劑（主要為淀粉類），首先被轉化為多糖，再水解為單糖。纖維素被纖維素酶水解成纖維二糖與葡萄糖。半纖維素被聚木糖酶等水解成低聚糖和單糖。
水解過程較緩慢，同時受多種因素的影響，是厭氧降解的限速階段。在酸化這一階段，上述第一階段形成的小分子化合物在發酵細菌即酸化菌的細胞內轉化為更簡單的化合物并分泌到細菌體外，主要包括揮發性有機酸（VFA）、乳醇、醇類等，接著進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸等。酸化過程是由大量發酵細菌和產乙酸菌完成的，他們絕大多數是嚴格厭氧菌，可分解糖、氨基酸和有機酸。
工作原理厭氧反應四個階段 一般來說，廢水中復雜有機物物料比較多，通過厭氧分解分四個階段加以降解：
（1）水解階段：高分子有機物由于其大分子體積，不能直接通過厭氧菌的細胞壁，需要在微生物體外通過胞外酶加以分解成小分子。廢水中典型的有機物質比如纖維素被纖維素酶分解成纖維二糖和葡萄糖，淀粉被分解成麥芽糖和葡萄糖，蛋白質被分解成短肽和氨基酸。分解后的這些小分子能夠通過細胞壁進入到細胞的體內進行下一步的分解。
（2）酸化階段：上述的小分子有機物進入到細胞體內轉化成更為簡單的化合物并被分配到細胞外，這一階段的主要產物為揮發性脂肪酸（VFA），同時還有部分的醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等產物產生。
（3）產乙酸階段：在此階段，上一
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