厭氧生物處理時，微生物對有機物的轉化分為水解、產酸和甲烷形成三個階段。

（1）厭氧水解階段 將復雜的有機物水解為單糖，再降解為丙酮酸；將蛋白質水解為氨基酸，脫氨基成有機酸和氨，脂類水解為各種低級脂肪酸和醇。

（2）產酸階段 產酸階段的作用菌可分為兩大類，一類降解大分子聚合物產生酸，如丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸和乙醇、乙酸等，這些產物除乙酸以外，還是不能作為甲烷細菌產甲烷的基質。另一類微生物把這些低分子產物再進一步分解成為甲烷菌能利用的基質，如甲酸、甲醇、乙酸、CO2和H2等簡單的一碳化合物。在①、②階段，以梭狀芽孢桿菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬占優勢。兼性厭氧的有變形桿菌屬、假單胞菌屬、鏈球菌屬，另外還有黃桿菌屬、產堿桿菌屬、產氣桿菌和大腸菌類。

（3）產甲烷階段 乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被轉化為甲烷以及甲烷菌細胞物質，參與作用的有奧氏甲烷菌、巴氏甲烷八疊球菌和萬尼氏甲烷球菌等。 經過這些階段大分子的有機物就被轉化為甲烷、二氧化碳、氫氣、硫化氫等小分子物質和少量的厭氧污泥。

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