有机物在厌氧条件下降解过程可分为三个反应阶段。
一阶段，即水解阶段，废水中的不溶性有机物和大分子溶性有机物受到细菌细胞胞外酶作用，水解成简单的水分子溶性有机物。在这个阶段主要是促使有机物增溶和缩小体积的反应。不溶性有机物是脂肪、蛋白质和多糖类。这些不溶性有机物在细菌胞外酶的作用下，分别水解为长链脂肪酸、氨基酸和可溶性糖类。掐，蛋白质和多糖类的水解速率较快，而脂肪的水解速率要慢的多，因此，不溶性有机物的水解反应受脂肪的水解所控制。
二阶段，即产酸和脱氢阶段。水解阶段形成的溶性小分子有机物被产酸细菌作为碳源和能源生成短链的挥发酸。有些产酸细菌，从废水中逸出，使有机物内能下降，废水的部分COD有所下降。这一阶段的反应速率较快，对厌氧反应过程几乎不起限制作用。
三阶段，即产气产甲烷阶段。专一性厌氧细菌将产酸阶段产生的短链挥发酸氧化为甲烷和二氧化碳。产甲烷的反射速率较慢，所需反应时间较长，因此这个阶段是整个厌氧反应过程的限制阶段。
在废水处理中特别是工业废水处理中将厌氧反应控制在水解产生阶段， 可利用此阶段产生细菌的功能，将废水中的不溶性和大分子溶性有机物转化为短链挥发酸，从而可大大改善废水的可生化性，为后续的好氧生物处理创造条件。同时，在水解酸化解，废水中的悬浮物被大幅度除去，COD等也相应降低。
厌氧酸化技术在食品工业的平均废水处理中应用较多，另外，在肉类加工废水处理中也有应用，一般将厌氧水解酸化作为好氧生物处理的预处理。即原废水经格栅、均质调节后，先经过厌氧水解酸化，再经好氧生物处理。一般在水解酸化池内设置填料，为水解产生菌提供呈立体状的栖息场所。水解酸化处理废水的过程，首先是生长在填料上的微生物将进水中的颗粒状物质和胶体物质迅速截留和吸附，这是一个快速的物理化学反应。然后是在水解菌作用下将废水中的不溶性有机物水解为溶解性物质，在产酸菌协同作用下，将废水中的大分子、难生物降解的物质转化为较易生物降解的小分子物质。所以，厌氧水解酸化处理集吸附、沉淀、网捕、生物絮凝和生物降解于一体。
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