厌氧生物处理时，微生物对有机物的转化分为水解、产酸和甲烷形成三个阶段。

（1）厌氧水解阶段 将复杂的有机物水解为单糖，再降解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨，脂类水解为各种低级脂肪酸和醇。

（2）产酸阶段 产酸阶段的作用菌可分为两大类，一类降解大分子聚合物产生酸，如丙酸、丁酸、乳酸、琥珀酸和乙醇、乙酸等，这些产物除乙酸以外，还是不能作为甲烷细菌产甲烷的基质。另一类微生物把这些低分子产物再进一步分解成为甲烷菌能利用的基质，如甲酸、甲醇、乙酸、CO2和H2等简单的一碳化合物。在①、②阶段，以梭状芽孢杆菌属、拟杆菌属、双歧杆菌属占优势。兼性厌氧的有变形杆菌属、假单胞菌属、链球菌属，另外还有黄杆菌属、产碱杆菌属、产气杆菌和大肠菌类。

（3）产甲烷阶段 乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇等被甲烷菌利用被转化为甲烷以及甲烷菌细胞物质，参与作用的有奥氏甲烷菌、巴氏甲烷八叠球菌和万尼氏甲烷球菌等。 经过这些阶段大分子的有机物就被转化为甲烷、二氧化碳、氢气、硫化氢等小分子物质和少量的厌氧污泥。

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